автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Технологическое взаимодействие коммунальных систем водоподготовки и канализации в процессах очистки воды и обработки осадков

На правах рукописи

□030В2Т04

ХАМИДОВ МАТВЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОММУНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ВОДОПОДГОТОВКИ И КАНАЛИЗАЦИИ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ

Специальность 05 23 04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете на кафедре «Охрана водных ресурсов»

Научный руководитель Жмаков Геннадий Николаевич,

кандидат технических наук, профессор

Официальные оппоненты Драгинский Виктор Львович,

доктор технических наук, профессор

Эль Алексей Михайлович кандидат технических наук

Ведущая организация Государственное унитарное предприятие

«МосводоканалНИИпроект»

Защита состоится « 21 » мая 2007 г в 15 часов на заседании диссертациони ого совета Д220 045 02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу 127550, Москва, ул Прянишникова, д 19, аудитория 201

С диссс ртацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета природообустройства

Автореферат разослан « 20 » апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета, доцент, Ц

кандидат технических наук / ИМ Евдокимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Водоснабжение крупных населенных пунктов -городов-миллионеров и мегаполисов - как правило, осуществляется из поверхностных водоисточников Процесс подготовки поверхностных природных вод до требований, предъявляемых к хозяйственно-питьевой воде, сопровождается образованием отходов - осадка отстойников и промывной воды фильтров Так называемый водопроводный осадок представляет собой суспензию нерастворимых в воде взвешенных веществ, которые представлены веществами природного происхождения, адсорбированными на поверхности продуктов гидролиза коагулянта, в большинстве случаев, А1(ОН)3 Удельное содержание гидроокиси алюминия в сухом веществе водопроводного осадка определяется качеством воды поверхностного водоисточника и, в общем случае, находится в интервале значений 20%-60%, содержание алюминия в сухом веществе соответственно составляет 8%-20% Остальное сухое вещество представлено компонентами природной воды, регистрируемых в процессах водоподготовки как цветность и мутность

Согласно практике эксплуатации сооружений водоподготовки в нашей стране и за рубежом, сложившейся в 40-70 годы XX столетия, водопроводные осадки, выводятся из сооружений - отстойников и фильтров - на иловые карты, в естественные накопители или в поверхностный водоем ниже водозабора Иловые карты характеризуются низкой производительностью и эффективностью Отвод иловых вод с карт по санитарно-гигиеническим соображениям возможен только в поверхностный водоем Строительство комплекса сооружений и оборудования для механического обезвоживания водопроводного осадка на действующих станциях водоподготовки зачастую затруднительно или полностью исключено по экономическим причинам и территориальным ограничениям Совокупность технических и

экономических проблем на фоне низкой токсичности водопроводных промстоков привели к существенному отставанию технологических процессов

их обработки по сравнению с технологиями обработки коммунальных сточных вод и осадков

Несмотря на биологическую инертность, водопроводный осадок оказывает значимое техногенное давление на экосистему поверхностного водоема, в первую очередь, по причине заиливания дна, прибрежной полосы и зачастую нерестилищ Высокое содержание алюминия в водопроводных промстоках противоречит действующим в РФ ПДК на сброс этого элемента в водоемы В период летнего "цветения" воды, образующиеся на водопроводных станциях промстоки, содержат заметное количество биоразлагаемых органических веществ, что негативно влияет на кислородный режим в водоеме-приемнике осадка и/или иловых вод

Высокие темпы развития природоохранного законодательства РФ, экологизация всех отраслей производственной и хозяйственной деятельности, включая номинальные системы, потребовали оперативный поиск экономически и технологически приемлемого способа решения проблемы обработки осадков водопроводных станций г Москвы в конце 90-х годов XX века С аналогичной проблемой столкнулись или столкнуться в ближайшие годы другие города России По известным причинам за рубежом технологические процессы обработки и обезвоживания осадков водопроводных станций развивались с опережением Одним из описанных в научно-технической литературе способом обработки водопроводных промстоков является сброс их в канализацию для очистки и обработки на очистных сооружениях совместно с коммунальными сточными водами Преимуществом этого способа является использование инфраструктуры сооружений обработки, вывозки и утилизации осадка очистных сооружений канализации, мощности которых, как правило, имеют резерв, а также способность к наращиванию и развитию

Опубликованная информация по теме обработки водопроводных промстоков на очистных сооружениях канализации имеют ограниченную область применения, в силу специфичности - уникальности и неповторимости

- таких факторов как качество природных вод и, соответственно, качественных и количественных характеристик водопроводного осадка, производительности взаимодействующих станций водоподготовки и очистных сооружений канализации Детального и обобщающего анализа об условиях, следствиях и последствиях технологического взаимодействия коммунальных систем водоснабжения и водоотведения в научно-технической литературе не представлено

Практический опыт приема на обработку промстоков Западной водопроводной станции (ЗВС) на Курьяновскую станцию аэрации (КСА) в период с 1983 г. по 2000 г и промстоков Северной водопроводной станции (СВС) на Люберецкую станцию аэрации (ЛбСА) в 1999 г показал, что экономически и экологически эффективное взаимодействие систем водоподготовки и канализации г Москвы возможно только при их двусторонней технической доработке и технологической наладке В противном случае, возможны непредвиденные экономические издержки и сопутствующие экологические проблемы

Необходимость приема на обработку максимально возможного количества промстоков от четырех водопроводных станций Москвы на очистные сооружения коммунальной канализации МГУП "Мосводоканал" потребовала детального изучения положительных и отрицательных аспектов воздействия водопроводных осадков на процессы очистки сточной воды и обработки осадка сточных вод, а также разработку технологических решений по экономически и экологически эффективному взаимодействию крупнейшей в России системы коммунального водоснабжения и водоотведения Отсутствие надежных технических средств количественного определения образования осадков по сухому веществу на водопроводных станциях, в том числе при выводе промстоков в канализационную сеть, потребовало разработку новых методов их учета, основанных на материальном балансе алюминия

Цель и задачи работы. Главной целью диссертационной работы является определение оптимальных условий технологического взаимодействия водопроводных станций и очистных сооружений коммунальной канализации /г Москвы/, предполагающего использование алюмосодержащих отходов водоподготовки для очистки коммунальных сточных вод от фосфатов с наилучшими технико-экономическими показателями процессов обработки осадков водопроводного и канализационного происхождения

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

- изучение количественных показателей образования осадков на водопроводных станциях Волжского и Москворецкого водоисточников,

- изучение состава, технологических свойств и показателей осадков, образующихся на водопроводных станциях Волжского водоисточника, на примере промстоков СВС, и Москворецкого водоисточника на примере промстоков ЗВС,

- лабораторные исследования влияния водопроводного осадка СВС на показатели механической очистки сточной воды,

- натурное изучение влияния водопроводного осадка на показатели очистки сточной воды и обработки осадка сточных вод на ЛбСА и КСА,

- разработка методик учета образования осадков на водопроводных станциях, количественной оценки поступления водопроводного осадка на очистные сооружения коммунальной канализации и его распределения по блокам и технологическим сооружениям очистки сточных вод,

- определение технологических приемов и методов повышения надежности эксплуатации ЛбСА в условиях приема промстоков с СВС

Объект к методы исследования, личный вклад. В ходе решения поставленного комплекса задач осуществлялись следующие научно-исследовательские работы

- изучение научно-технической литературы по проблеме обработки и утилизации водопроводных осадков,

- анализ данных технологического контроля работы сооружений водоподготовки и канализации г Москвы за многолетний период (не менее 4 лет) с использованием статистических методов обработки данных в программах "MS Excel",

- выполнение химико-аналитических работ по специально разработанной методике производственного контроля работы сооружений очистки воды и обработки осадка ЛбСА в условиях приема на обработку промстоков СВС,

- анализ источников поступления алюминия на очистных сооружениях коммунальной канализации на основании данных мониторинга качества сточных вод жилого сектора г Москвы,

- проведение промышленного эксперимента с варьированием нагрузки водопроводного осадка СВС на ЛбСА,

- проведение лабораторных экспериментов с натуральными и обработанными образцами водопроводного осадка СВС

Промышленные и лабораторные эксперименты выполнялись сотрудниками МГУП "Мосводоканал" при непосредственном участии автора Пробы водопроводных осадков со станций водоподготовки г Москвы отбирались по установленной методике с участием автора Методика постановки лабораторных экспериментов, а также методика технологического контроля содержания алюминия в осадках по блокам очистки ЛбСА и их статистического анализа разработаны автором Все химико-аналитические работы выполнены в химико-бактериологических лабораториях ЛбСА, КСА по аттестованным методикам, ряд химических анализов производился в аккредитованной лаборатории (ЗАО "Роса") Разработка технических решений по оптимизации работы очистных сооружений ЛбСА в условиях приема водопроводного осадка с СВС осуществлялась специалистами ЛбСА с непосредственным участием автора и с использованием результатов настоящей работы

Научная новизна. Полученные в ходе исследований и статистического анализа данные являются научно-методической основой для технико-

экономического обоснования порядка технологического взаимодействия систем водоподготовки и канализации крупных населенных пунктов в части обработки водопроводных осадков и повышения качества очистки сточных вод от фосфатов Технологические выводы, вытекающие из анализа работы очистных сооружений канализации Москвы в условиях приема водопроводных промстоков и экспериментальные исследования отличаются от положений нормативной документации и рекомендаций для проектирования РФ (СССР) Изложенные в работе результаты исследований, технические решения и рекомендации могут быть использованы для проектирования систем обработки водопроводных промстоков как на станциях водоподготовки, так и на очистных сооружениях канализации Научная новизна защищаемых положений состоит в следующем

1)для каждых очистных сооружений канализации имеется критическая масса водопроводного осадка, являющаяся функцией его физико-химических свойств (генезиса), превышение критической массы не дает дополнительного эффекта в очистке сточной воды от фосфатов, подавляет нитрификацию в результате снижения возраста активного ила и ухудшает процесс биологической стабилизации осадка сточных вод в результате перегрузки сооружений, при прочих равных условиях технологический потенциал очистных сооружений канализации в приеме водопроводного осадка, выделенного из высокоцветных вод, в 2-3 раза ниже, по сравнению с приемом на обработку водопроводного осадка, выделенного из малоцветных вод

2) производственный контроль за количественным поступлением водопроводного осадка на очистные сооружения канализации и за его распределением по сооружениям может быть основан на определении содержания алюминия в сырых осадках и в активном иле или в стабилизированном (аэробно, анаэробно) осадке, выводимом с очистных сооружений,

3) производственный контроль (учет) образования водопроводного осадка на сооружениях водоподготовки может быть осуществлен на основании

данных расхода коагулянта и удельного содержания алюминия в сухом веществе водопроводного осадка

4) эффективность удаления фосфатов из сточной воды лимитируется нижним пределом 1-2 мг Р-Р043Ул в технологически допустимых дозах удельной нагрузки водопроводного осадка на очистные сооружения канализации,

5) использование флокулянтов на разных стадиях водоподготовки - от коагуляции воды до обработки промстоков перед сбросом в канализацию -положительно влияет на показатели работы очистных сооружений в условиях приема водопроводных промстоков на обработку и не оказывает отрицательного воздействия на сорбционную емкость водопроводного осадка по фосфатам

6) оптимальной формой технологического взаимодействия крупных коммунальных систем водоподготовки и канализации является создание локальных систем механического обезвоживания осадка при водопроводных станциях, с расчетной производительностью на средние сутки за истекшие 5-10 лет, с передачей избыточных количества водопроводного осадка в период весеннего паводка и летней межи на обработку в систему канализации

7) утилизация обезвоженных водопроводных осадков в качестве водоупорного грунта с высокой сорбционной емкостью по фосфатам и тяжелым металлам для формирования противофильтрационных экранов на полигонах ТБО и обезвоженного осадка сточных вод

Практическая значимость. Результаты работы использованы для оптимизации технологических схем очистки сточной воды и обработки осадка на ЛбСА Разработана научно обоснованная база для разработки технологических регламентов на ЛбСА и СВС, обеспечивающих повышение производительности очистных сооружений по водопроводному осадку и их устойчивости к возможным перегрузкам по осадкообразующим загрязнениям Разработаны и используются на практике методы учета количественного образования водопроводных осадков на станциях водоподготовки и

количественно учета их поступления на очистные сооружения канализации Москвы

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на семинаре конференции «Правовое и техническое регулирование в области охраны окружающей среды, питьевого водоснабжения и водоотведения», дважды выставлялись на конкурс «Открытый конкурс на соискание премии ГУП «МосводоканлНИИпроект молодым ученым и инженерам в области водоснабжения и водоотведения с номинацией третей и первой премиями (2004 г и 2005 г, соответственно)

- «Производственный контроль поступления водопроводного осадка на Люберецкую ст.шцию аэрации Анализ распределения водопроводного осадка по блокам и между сооружениями механической и биологической очистки воды станции»,

- «Исследования и практическая реализация процесса приема и обработки осад* ов Северной водопроводной станции на Люберецкой станции аэрации г Москвы»

Публикации. По итогам исследований опубликовано 7 печатных работ и принято в практику эксплуатации три рационализаторских предложения в подразделениях МГУП "Мосводоканал"

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, шести глав и заключения Общий объем работы 254 страницы текста, включая три приложения, 50 таблиц, 95 рисунков и групповых диаграмм, библиография включает 105 наименований

Исходной теоретической, экспериментальной и научно-методической базой настоящей работы послужил практический опыт приема водопроводного осадка с ЗВС на КСА МГУП "Мосводоканал" в период 19802000 гг, публикации и внутриведомственные материалы по данной проблематике, подготовленные специалистами МГУП "Мосводоканал", труды ВНИИ ВОДГЕО, НИИ КВОВ, а также публикации в зарубежной научно-технической литературе (Дегремон, 1\УА)

В диссертации использованы материалы исследований выполненные совместно со специалистами Люберецкой и Курьяновской станций аэрации и Инженерно-технологического центра по проблемам канализации, других подразделений МГУП "Мосводоканал"

Автор выражает благодарность научному руководителю -руководителю кафедры «Охрана водных ресурсов» Фрогу Б Н, Жмакову Г Н, д т н , профессору Гюнтер ЛИ, к т н Дайнеко Ф А, благодарит за многолетнее сотрудничество Даниловича Д А , Козлова М Н, Аджиенко В Е , выражает признательность всем сотрудникам технологического отдела, ХБЛ, цехов MOB, БОВ, МОО и БОиРО Люберецкий очистных сооружений, а также начальнику ПУ «Мосводоподготовка» Коверге А В, главному технологу СВС Стрихар ЮВ при непосредственном участии которых выполнены данные исследования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор научно-технической литературы

В главе рассмотрены проблемы обработки и утилизации промстоков водопроводных станций, осуществляющих водозабор из поверхностных водоисточников, и методы ее решения По опубликованной информации можно сделать вывод о сложности проблемы, отсутствии полностью сложившихся и хорошо отработанных на практике технологий и технологических схем обработки водопроводных осадков Отсутствует информация по сорбционной емкости водопроводных осадков по отношению к фосфатам, за исключением ссылок на наличие этого (физико-)химического процесса как такового и на снижение концентрации фосфат-ионов в сточной воде при сбросе водопроводных промстоков в канализацию без указания природы и количественных показателей процесса Наибольшее внимание в литературе уделено вопросам механического обезвоживания водопроводного осадка Зарубежная практика и исследования, проведенные на осадках водопроводных станций Москвы, указывают на то, что при использовании современных флокулянтов и оборудования отсутствуют те технологические

проблемы, которые до 90-х годов XX века сдерживали механическое обезвоживание осадка по месту образования

Отведение водопроводных промстоков на очистные сооружения канализации - известное по литературе техническое решение проблемы удаления осадка с сооружений водоподготовки Этот прием можно рассматривать и как метод утилизации гидроокиси алюминия, входящей в состав водопроводного осадка, с целью очистки сточной воды от фосфатов и как способ централизованной обработки коммунальных осадков В то же время обзор литературы указывает на то, что этот технологическое направление не является преобладающим в зарубежной практике эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения

Из методов утилизации обезвоженного водопроводного осадка, описанных в литературе, наибольший интерес для применения предприятиями ЖКХ крупных городов и мегаполисов вызывают три направления использования 1) мелиорант для повышения биологической продуктивности городских почв, 2) сырье для производства строительных материалов, 3) реагент для очистки иловых вод, образующихся при сбраживании и механическом обезвоживании канализационных осадков, от вторичных фосфатов при условии кислотной или щелочной регенерации алюминия, входящего в состав водопроводного осадка

В литературе практически полностью отсутствует информация по методам учета образования осадков на сооружениях водоподготовки за исключением двух расчетных методов - по СНиП 2 04 02-84 (по СНиП II-31-74) и по J М Montgomery, последний из которых используется за рубежом

[Щ

Св =M + KkDk+ 0,25 Ц + Ви мг/л по а с в СНиП 2 04 02-84

п 6 65

где Св — концентрация взвешенных веществ в воде, г/м3 поступающих в отстойник,

М— концентрация взвешенных веществ в исходной воде, г/м3

(принимается равной мутности воды),

Ц— цветность исходной воды, град,

DK - доза коагулянта по безводному продукту, г/м3,

Кк — коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого

алюминия - 0,5, для нефелинового коагулянта - 1,2, для хлорного

железа - 0,7,

Ви - количество нерастворимых веществ, вводимых с известью, г/м3 /прим MX - не используется/

С„ = М + DK мг/л по а с в по Montgomery

где Св - концентрация взвешенных веществ в воде, г/м3 поступающих в отстойник,

М- концентрация взвешенных веществ в исходной воде, г/м3 (принимается равной мутности воды),

DK — доза коагулянта в пересчете на кристаллогидрат гидроокиси алюминия с брутто формулой А1(0Н)3х1,25Н20, г/м3

Отличительной особенностью методики расчета по Montgomery является исключение роли цветности воды в образовании водопроводного осадка, а также то, что часть сухого вещества осадка представлена не безводной гидроокисью алюминия А1(ОН)3, а ее кристаллогидратом А1(0Н)3х1,25Н20 Поскольку анализ проблемы учета образования водопроводного осадка неразрывно связан с анализом данных производственного контроля водопроводных станций, их рассмотрение произведено в главе 2

В главе систематизированы сведения по химическому составу осадков, образующихся на водопроводных станциях Москвы Среднее содержание потенциально-опасных элементов в водопроводных осадках Москвы характеризуется фоновыми для природных объектов значениями, поэтому их уверенно можно отнести к коммунальным отходам 5 класса опасности

Глава 2. Качественный н количественный генезис осадков сооружений водоподготовкн

В главе рассмотрены факторы, определяющие химические, физико-химические и технологические свойства водопроводных осадков, а также их количественное образование, в зависимости от состава поверхностных вод и технологии водоподготовки

На основании статистического анализа данных производственного контроля работы водопроводных станций МГУП "Мосводоканал" (СВС, ВВС, ЗВС и РВС), обобщения опубликованной информации и результатов исследований предложена технологическая градация осадков водопроводных станций по критерию содержания гидроокиси алюминия А1(ОН)3 в абсолютно сухом веществе осадка (а с в ) в пересчете на А1.

1) гелиевые осадки - содержание А1(ОН)3 по А1 в а с в более 15%

- образуются в процессах очистки поверхностных высокоцветных вод низкой мутности,

2) глинистые осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в а с в до 10%

- образуются в процессах очистки поверхностных вод низкой цветности средней мутности,

3) эвтроф ированные осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в а с в 10% - 15%

- образуются в процессах очистки поверхностных вод в периоды эвтрофикации ("цветения") поверхностного водоисточника в широком диапазоне цветности воды

Среднее содержание алюминия в водопроводном осадке практически полностью определяется поверхностным водоисточником и является неотъемлемой характеристикой химического состава, физических и, соответственно технологических свойств осадка на данных сооружениях водоподготовки Принадлежность осадка к первой или второй группе позволяет прогнозировать его технологические свойства (поведение) в процессах гравитационного уплотнения и механического обезвоживания в

чистом виде, а также характер воздействия на процессы механической очистки сточной воды на очистных сооружениях канализации Гелиевые и глинистые водопроводные осадки являются биологически инертными, т е не склонные к загниванию и не дающие значимую нагрузку органических загрязнений на очистные сооружения канализации

Эвтрофированные осадки являются переходной группой Их отличительной особенностью является склонность к загниванию и способность формировать значимую нагрузку биоразлагаемых органических веществ на очистные сооружения канализации, что может сопровождаться увеличением выхода биогаза на метантенках в теплое время года Образование эвтрофированного осадка при водоподготовке низкоцветных вод сопровождается ухудшением его технологических свойств Напротив, эвтрофикация осадка, образующегося при водоподготовке высокоцветных вод, улучшает его технологические свойства, что нивелируется увеличением расхода осадка по а с в

Применение полимерных флокулянтов на стадии коагуляции природной воды отчасти сглаживает технологические различия между перечисленными группами водопроводных осадков, улучшая их седиментационные свойства, способность к уплотнению и механическому обезвоживанию

В главе представлен материал, рассматривающий проблему прогнозирования и учета образования водопроводного осадка Анализ данных производственного контроля водопроводных станций и очистных сооружений канализации Москвы, указывает на то, что формула [11] СНиП 2 04 02-84 не обеспечивает приемлемую точность оценки уровня образования осадка по а с в В летне-осенний период в водохранилищах Москвы наблюдается значительный прирост биомассы — фито- и зоопланктона В 1 млн м3 воды масса фитопланктона оценивается на уровне 3-8 тонн а с в , зоопланктона -0,2-1 тонны а с в Корреляционный анализ данных производственного контроля московских водопроводных станций (МВС) показывает, что 5-20 кратное увеличение численности планктона летом и осенью, по сравнению с

зимой, не оказывает влияние на значения мутности и цветности воды, регистрируемых на водозаборах Таким образом, при водоподготовке 1 млн м3 воды от 3 до ~10 тонн ас в, формирующего водопроводный осадок, не учитывается формулой [11], по крайне мере, с июня по сентябрь - в период года, с наибольшей вероятностью образования эвтрофированного осадка

Для прогноза образования водопроводного осадка (в том числе при выполнении проектных работ), общая структура формулы [11] СНиП 2 04 0284 может быть сохранена, но коэффициенты в нее входящие должны быть пересмотрены В частности, коэффициент приращения осадка по мутности должен определяться аналитически для каждого водоисточника самостоятельно с учетом природы преобладающих в воде взвешенных частиц, величины А', и £>, должны быть приведены к активной части коагулянта, на пример, к А12От Автор предлагает следующую модификацию формулы [11] СНиП 2 04 02-84

Ц+кэФ (1)

где т — удельное образование осадка по а с в , г/м3, тонн/млн м3(/я=С„), А1гоз ~ Д°за коагулянта по активной части А1203, г/м3,

М-мутность исходной воды, ЕМ,

/(-цветность исходной воды, град,

Ф - содержание фитопланктона в исходной воде, тыс кл /мл,

Кк - коэффициент приращения осадка по гидроокиси алюминия, г/м3хг А1203, Кк=2,0,

км - коэффициент приращения осадка по мутности исходной воды, г/ м3хЕМ,

кц - коэффициент приращения осадка по цветности исходной воды, г/м3хград

кэ - коэффициент приращения осадка по фитопланктону, г/м3хтыс кл

Для водоисточников Москвы рекомендуются следующие коэффициенты

км кц кэ

Волжский водоисточник 2,0

Москворецкий ^ д 0,10 0,22

водоисточник '

В общем случае, формулы [11] и (2) дают только приблизительную

оценку образования водопроводного осадка по типовым показателям

производственного контроля природной воды Поэтому их не рекомендуется

использовать для количественного учета осадка на действующих

сооружениях Изучение средств автоматического измерения расхода и

концентрации водопроводного осадка показало наличие целого ряда трудно

преодолимых сложностей технического и технологического характера,

приводящих к высокой погрешности учета а с в При эксплуатации

действующих сооружений водоподготовки для количественного учета

водопроводного осадка по а с в рекомендуется использовать методику,

базирующуюся на формуле (3)

В работе показано, что рекомендуемая СНиП 2 04 02-84 формула (11)

расчета образования водопроводного осадка на основании дозы коагулянта,

цветности и мутности исходной воды не отражает реальное положение на

водопроводных станциях Москвы - расчетное (преобразование формулы (11))

содержание алюминия в осадках высокоцветных и низкоцветных вод

одинаково (12%-14% А1 в а с в), тогда как аналитическое содержание

алюминия в осадках Волжского водоисточника (14%-22% А1) в ~2 выше, чем

в осадках Москворецкого водоисточника (8%-12% А1) В общем случае,

проверка соответствия формулы (11) и ее аналогов факту может быть

осуществлена посредством сопоставления результатов химического анализа

проб осадка на содержание А1 с расчетным содержанием алюминия по

формуле(2)

^вода раствор Л _____

г „ _ _ аРк + с°, -с*Г* _ Ра, (2)

ЬАI ~ - ~ - - — - ----= - - - - - --

М + КК0К+0,25Ц кмМ + квОА1+кцЦ

где расчет _ расчетное (теоретическое) содержание алюминия в водопроводном осадке, % А1 в а с в,

Св - образование а с в осадка в единице объема воды, мг/л,

С^л, ~ суммарное содержание алюминия в коагулированной воде, мг/л,

с°м - фоновая концентрация А1 в исходной воде, мг/л, сраствор _ растворенный в подготовленной воде А1, не участвующий в образовании осадка, мг/л,

Бк - доза коагулянта по А12(804)з, мг/л,

КК - коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия - 0,5 (СНиП 2 04 02-84), БЛ1 — доза коагулянта по А1, мг/л,

Мац- мутность и цветность исходной воды ЕМ и град, соответственно,

км, кп и кц - коэффициенты образования а с в водопроводного осадка по соответствующему компоненту

В главе изложен новый метод количественного учета образования водопроводного осадка на действующих сооружениях водоподготовки Описание методики представлено в Приложении 2 В основе метода лежит аналитическое определение содержания алюминия в а с в осадка, накопительные пробы которого с заданной периодичностью отбираются из промстока водопроводной станции Расчет количества образовавшегося осадка осуществляется по формуле (За) кА,-д(с-с0)

Мв0= (С1+С2)/2 (3а)

где Мв0 - образование сухого вещества водопроводного осадка за расчетный период, тонн,

<3 - расход очищенной (питьевой) воды за расчетный период, млн м3,

КА1 - расход коагулянта за расчетный период, тонн по А1, с — средняя остаточная концентрация А1 в очищенной (питьевой) воде за расчетный период, мг/л,

с0 - средняя концентрация А1 в исходной воде водоисточника за период многолетних наблюдений (с0=Сопз1, с^О.ОЗ 0,12), мг/л, С - содержание А1 в водопроводном осадке, % (в долях ед) в абсолютно сухом веществе, в том числе

С1 — в пробе водопроводного осадка, отобранной в начале расчетного периода,

С2 - в пробе водопроводного осадка, отобранной в конце расчетного периода

Принимая во внимание, что поступление алюминия с исходной водой (с0) и его потери с очищенной водой (с), являются малыми величинами, а произведение ()(с-с0) несоизмеримо меньше Км, те <Э(с-с0)«Кл,, расчет образования водопроводного осадка автор допускает осуществлять по упрощенной формуле (36)

На основании аналитического определения содержания алюминия в водопроводных осадках в работе обосновывается уровень их образования на водопроводных станциях Москвы В Таблица 1 представлены результаты расчета удельного образования осадков на водопроводных станциях Москвы по формуле (11) СНиП 2 04 02-84, по предлагаемой формуле (2) и по данным анализа содержания алюминия в осадках

Таблица 1

Показатель Размерность ВС Волжского водоисточника ВС Москворецкого водоисточника

X а X а

Цветность град 68 ±29 29 ±10

Мутность оти 2,2 ±0,7 4,4 ±2, 7

Доза коагулянта по АЬОз мг/л 8,1 ±2,0 4,5 ±1, 2

Удельное образование осадка по а с в.

Расчет по СНиП 2 04 02-84 п 6 65 (11) тонн/млн м3 34 ±12 20 ±7

содержание А1 в осадке, рассчитанное по (11) %асв 13% - 12% -

Расчет по (2) (модификация Ка кц и км) тонн/млн м3 28 ±8 25 ±12

содержание А1 в осадке, рассчитанное по (2) % ас в 17% - 9% -

Расчет по фактическому содержанию А1 в осадке тонн/млн м3 25 ±6 26 ±7

Фактическое содержание А1 в осадке % ас в 18% ±2% 10% ±3

Глава 3. Производственный контроль поступления водопроводных

промстоков на очистные сооружения канализации по алюминию

В главе 3 рассмотрены источники поступления алюминия на очистные сооружения коммунальной канализации на примере Москвы Показано, что при отсутствии сброса водопроводных промстоков в канализацию фоновое содержание алюминия в бытовых сточных водах составляет в среднем ~ 0,4 мг/л, в коммунальных сточных водах - не более 0,8 мг/л Собственно хозяйственно-питьевое водоснабжение через остаточный алюминий определяет его содержание в сточной воде порядка 0,13 мг/л При указанном уровне поступления алюминия его фоновое содержание в осадках сточных вод является устойчивой величиной, % А1 в а.с в сырой осадок - 0,55±0,1, активный ил -0,65±0,1, сброженный осадок - 0,9±0,2 Фоновое содержание А1 в осадках сточных вод является устойчивым показателем для данного бассейна канализования В частности, при временном прекращении сброса промстоков СВС в бассейн р анализования ЛбСА, концентрация алюминия в сыром осадке и в активном иле снижалась до ранее зарегистрированных фоновых значений (см Рис 1 Динамика изменения концентрации алюминия в сухом веществе

сырого осадка в результате приема осадка СВС на ЛбСА (с 111-й декады июня по август 1999 г и с ноября 1999 г по июнь 2006 г ^Рис 2)

В условиях приема водопроводных промстоков в канализацию концентрация алюминия в сточной воде и в осадках многократно увеличивается при равномерном выводе водопроводных промстоков на очистные сооружения канализации сопоставимой производительности концентрация алюминия возрастает до 2-4 мг/л, при залповых сбросах водопроводного осадка в канализацию концентрация А1 в разовых пробах сточной воды может достигать 20-25 мг/л

Соединения алюминия практически нерастворимы в воде, поэтому весь алюминий, поступивший в составе водопроводных промстоков, аккумулируется в осадках сточных вод Поэтому алюминий является не только качественным, но и количественным маркером поступления водопроводных осадков в канализацию и его распределения по очистным сооружениям

В главе 3 произведен детальный анализ данных производственного контроля содержания алюминия в осадках ЛбСА и КСА Установлено, что распределение алюминия и, соответственно, водопроводного осадка между сооружениями механической и биологической очистки сточной воды происходит в соответствии с общей эффективностью задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках, что опровергает положение пункта 6 7 "Справочного пособия к СНиП 2 04 03-85" о том, что в первичных отстойниках осаждается 80% водопроводного осадка В условиях приема водопроводных промстоков активный ил содержит алюминий пропорционально его содержанию в сыром осадке (см Рис 3, Рис 4) Коэффициент пропорциональности является не только функцией эффективности задержания взвешенных веществ, но также зависит от удельного прироста активного ила по взвешенным веществам и неоседающим загрязнениям, характеризуемых БПКП0ЛН При срыве процесса механической очистки сточной воды в результате перегрузки первичных отстойников

осадкообразующими загрязнениями из-за залповых поступлений водопроводного осадка, концентрация А1 в активном иле резко возрастает и превышает его содержание в сыром осадке (см Рис 4)

В главе сделано заключение, что на основании производственного контроля содержания А1 в осадках сточных вод можно осуществлять оценку уровня поступления водопроводных осадков в пересчете на сухое вещество при наличии данных о содержании А1 в водопроводном осадке Методика расчета представлена в Приложении 3 диссертации При отсутствии систематических аналитических данных о содержании А1 в водопроводном осадке, поступающим в канализацию, рекомендуется за основу принимать среднее содержание алюминия в гелиевых осадках - 18%, в глинистых осадках - 9% в а с в Пример расчета материального баланса алюминия на входе и выходе с ЛбСА по календарным годам представлен на Рис 5

При отсутствии данных о содержании А1 в водопроводном осадке, в большинстве случаев можно констатировать только наличие или отсутствие поступления промстоков с водопроводной станции в коммунальную канализацию, а также о режиме выводе водопроводного осадка - равномерный во времени или залпами По динамике изменения содержания алюминия во времени также можно судить о сезонной и годовой неравномерности поступления водопроводных осадков на очистные сооружения канализации

Алюминий, как маркер водопроводного осадка, позволяет оценить время добегания промстоков от сооружений водоподготовки до очистных сооружений канализации, определить его распределение по блокам очистки и, как было показ.шо выше, между сооружениями механической биологической очистки сточной воды Эти сведения необходимы в период наладки технологического взаимодействия коммунальных систем водоподготовки и канализации В тех случаях, когда это взаимодействие налажено технически и организационно, учет поступления водопроводного осадка на очистные сооружения канализации целесообразно осуществлять непосредственно на водопроводных станциях, а рассмотренный в главе 3 инструмент

производственного контроля целесообразно использовать для

оптимизационного анализа работы очистных сооружений канализации в условиях приема водопроводных промстоков

Глава 4. Экспериментальные исследования воздействия водопроводных промстоков на процессы очистки сточных вод и обработки осадка

В главе 4 представлены результаты лабораторных исследований физико-химических и технологических свойств водопроводного осадка СВС, его способность взаимодействовать с компонентами коммунальных сточных вод

Экспериментально доказано отсутствие сорбции и соосаждения растворенных и коллоидных органических веществ сточной воды при дозах водопроводного осадка многократно (в 50-100 раз) превышающих технологически возможный прием промстоков водопроводных станций на очистные сооружения канализации (см Рис 6) В этом же эксперименте показана возможность механической очистки сточной воды от фосфатов посредством их осаждения водопроводным осадком Установлено наличие предела очистки по Р043" (см Рис 7), который, как показали дальнейшие эксперименты, является функцией продолжительности контакта водопроводного осадка с фосфатами и соотношением Р-А1 в реакционной среде

Аморфный гидроксид алюминия способен вступать в химическую реакцию с фосфатами с образованием нерастворимой в воде соли фосфат алюминия, а также реагировать с ортофосфатами по механизму ионообменной адсорбции на поверхности Известно, что в водной среде, содержащей гидроокись алюминия и ионы фосфатов, ковалентные связи А1-0-А1 замещаются на А1-0-Р Соотношение связей А1-0-А1 и А1-0-Р зависит от концентрации ионов РС>43~ и ОН", те от рН Также сообщается об образовании растворимых в воде алюмофосфатных комплексов

Химическая реакция с образованием ковалентных связей может протекать с образованием двух нерастворимых в воде алюмофосфатов

А1(0Н)3 + НР042" + Н+ => А1Р04 +2Н20 + ОН" (Р-А1 - 1,15-1, мг/мг) 2А1(ОН)3 + НР042" + Н+ => А1Р04А1(0Н)з + 2Н20 + ОН" (Р-А1 - 0,57-1, мг/мг)

Приведенные выше реакции указывают, что сорбционная емкость водопроводного осадка с образованием необратимым в нейтральной среде ковалентных связей может различаться в 2 раза в зависимости от физико-химических свойств реакционной системы Какая из реакции будет преобладать, а также роль ионообменной сорбции в удалении фосфатов из сточной воды, теоретически рассчитать практически не возможно Можно определить только граничные условия, определяемые стехиометрическим отношением реагирующих веществ Предел хемосорбции для гидроокиси алюминия составляет 1,15-1 (Р-А1, мг/мг) Предел хемосорбции для водопроводного осадка СВС, содержащего в среднем 18% А1 в ас.в., составляет 210 мг Р-Р043"/г а с в, а превышение этого стехиометрического предела должно указывать на наличие ионообменной сорбции фосфат-ионов

По причине отсутствия прикладной информации по осаждению фосфатов гидроокисью алюминия и тем более по их осаждению водопроводным осадком, важной составляющей экспериментальной работы было определение сорбционной емкости водопроводного осадка СВС по фосфат-ионам Методика постановки экспериментов базировалась на определении сорбционной емкости в технологически возможных соотношениях а с в осадка СВС с фосфатами сточной воды, поступающими на ЛбСА При среднесуточном расходе сточной воды на ЛбСА порядка 2,5 млн м3 с наиболее вероятной исходной (до осаждения водопроводным осадком) концентрацией Р-Р043' 4 мг/л и приеме на обработку осадка с СВС в количестве от 20 до 50 тонн/сут, этому условию соответствует нагрузка фосфатов на водопроводный осадок 500 и 200 мг Р-Р043"/г а с в, соответственно С учетом неравномерного вывода промстоков СВС в канализационную сеть диапазон исследуемых нагрузок принят от 100 до 500 мг Р-Р0437г а с в с шагом 100 мг Р-Р043"/г

В серии экспериментов с широким диапазоном исходной концентрации фосфатов - от 5 до 1100 мг Р-Р043'/л - установлено, что сорбционная емкость водопроводного осадка определяется нагрузкой фосфатов на сухое вещество водопроводного осадка, а в переложении на химические показатели сорбции соотношением Р-Р043' и А1(ОН)3

При исследовании высококонцентрированной модельной системы изотерма сорбции наилучшим образом описывается линейной регрессией (изотермой Генри) 7У(с) = кгс, где кг - безразмерный коэффициент распределения для пары "сорбат - сорбент", те "фосфат-ионы -водопроводный осадок" (см Рис 8) В модельных растворах с низкой (5 мг/л) и средней (50 мг/л) концентрацией Р-Р043" изотерм классического вида не наблюдается (см Рис 9) Процесс сорбции фосфатов в этих растворах определяется иным(и) параметром(ами) исследуемой физико-химической системы

Установлено, что сорбционная емкость водопроводного осадка возрастает при повышении удельной нагрузки фосфатов на а с в во всех исследованных модельных системах (см Рис. 11) В технологически возможном интервале значений нагрузки фосфатов (100-500 мг Р-Р043"/г а с в) функциональная зависимость сорбционной емкости от исходной нагрузки Р-Р043" описывается линейной регрессией (см Рис 10), которую только в отдельных опытах можно было описать дробно-линейной функцией (см Рис 10) В то же время, очевидно, что при расширении исследуемого диапазона нагрузок фосфатов на водопроводный осадок должно быть насыщение сорбционной емкости последнего Поэтому в общем случае, процесс сорбции фосфатов гидроокисью алюминия описывается кривой насыщения, но в технологических расчетах очистки сточной воды от фосфатов в присутствии водопроводного осадка линейная регрессия удовлетворительно описывает этот процесс

Изучение динамики сорбции фосфатов водопроводным осадком СВС на модельных растворах показало, что в зависимости от начальной концентрации

Р-Р043" за первые 6 часов контакта, происходит сорбция 35%-50% фосфатов от предельной сорбционной емкости водопроводного осадка По прошествии 24 часов контакта сорбционная емкость водопроводного осадка насыщается на 90%-95% по сравнению с технологически предельной сорбционной емкостью осадка СВС, которая практически полностью реализуется на 8-9 сутки (см Рис 12 и Рис 13) Таким образом, динамика реализации сорбционной емкости водопроводного осадка во времени указывает, что при транспортировки водопроводных промстоков в смеси со сточной водой по канализационным сетям Москвы фосфатами насыщается не более половины сорбционной емкости После осветления сточной воды в первичных отстойниках, водопроводный осадок разделяется на два технологических потока 1) в составе сырого осадка (40% - 60% а с в), 2) в составе активного ила (60% - 40% а с в) На очистных сооружениях канализации Москвы эти два потока, в конечном счете, объединяются в единый технологический поток смеси сырого осадка и избыточного активного ила, направляемый на термофильное сбраживание (53°±1° С, т=6±1 сут) в метантенки, где полностью реализуется сорбционная емкость водопроводного осадка по фосфатам Таким образом, осаждение фосфатов водопроводным осадком является многостадийным процессом, количественные характеристики которого определяются протяженностью канализационных сетей, параметрами механической и биологической очистки сточной воды, технологией обработки осадка сточных вод

В главе представлены результаты экспериментов по определению влияния флокулянта на сорбционную емкость водопроводного осадка Показано, что предварительная обработка водопроводного осадка флокулянтом с дозой от I до 6 кг/т а с в не оказывает какого либо влияния на способность осадка осаждать фосфаты (см Рис 14 и Рис 15)

Подавляющее большинство полученных экспериментальных данных указывают на то, что сорбционная емкость осадка СВС стремиться к стехиометрическому пределу (Р-А1 -1,15-1, мг/мг), при непродолжительном

контакте осадка с фосфат-ионами - заметно меньше его, и только в ряде случаев превышает этот предел Превышение стехиометрического предела сорбционной емкости водопроводного осадка по механизму образования фосфата алюминия можно объяснить и накопленными ошибками химического анализа и наличием ионообменной сорбции Р-Р043" Вряд ли ионообменный механизм сорбции имеет количественное значение в процессах очистки сточной воды от фосфатов, в противном случае это было бы зарегистрировано в экспериментах с высокими концентрациями Р-Р043"

На основании результатов экспериментальных исследований составлен материальный баланс водопроводного осадка и фосфатов на очистных сооружений канализации, включающий следующие итерации расчета

Нагрузка фосфатов на водопроводный осадок (Lp r(f ) по уравнению (4)

J _ ухср (Л\

р-ро\~ ~ тво ( }

Актуальная сорбционная емкость водопроводного осадка (NA) определяет уравнение (5)

^Р-ро

NА = Nmíx---, где Nmax рассчитывается по формуле(2), Ks

LP-poI-+KS (5)

принимается равной 700 мг Р-РО/'/г асе осадка

Масса сорбированных водопроводным осадком фосфатов рассчитывается по формуле (6)'

mp-po¡- =NAxmBO (6)

Концентрация фосфатов в очищенной сточной воде может быть оценена по формуле (7)

P-POI- вхсГ°<--™P-P0i' т

Эффективность очистки сточной воды от фосфатов благодаря приему на очистные сооружения канализации водопроводных промстоков по определению задается следующим уравнением (8)

р-ро\-

Эфр-ро'-= 1-^—р- (8)

^ />-/>01" 4 ' Со

Результаты расчетов эффективности применения водопроводного осадка СВС для очистки сточной воды ЛбСА от фосфатов эфг'ю^ представлены на Рис 14 Модель материального баланса определяет, что технологический предел эффективности очистки находится в интервале значений от 45% до 65% Именно такая эффективность очистки сточной воды от фосфатов регистрируется на блоках ЛбСА, не принимающих в большом количестве возьратные потоки сооружений обработки осадка — ЛбСАст и НЛбСА-П (см Рис 17)

Согласно представленной модели материального баланса 80%-90% технологическою эффекта от применения водопроводного осадка с целью очистки сточной воды от фосфатов достигается при приеме на ЛбСА 35-40 тонн/сут а с в осадка СВС Данное количество водопроводного осадка по ретроспективному прогнозу собственно и образуется на СВС 41+14 тонн/сут согласно расчету по формуле (11) СНиП 2 04 02-84 или 37±11 тонн/сут, согласно предложенной в настоящей работе формуле (1) Таким образом, из рассмотренного материального баланса вытекает главный вывод при переходе ЛбСА к приему 100% образующего на СВС водопроводного осадка практически достигнут технологический максимум в очистке сточной воды от фосфатов Прием на обработку осадка с ВВС не окажет значимого влияния на этот показатель, но серьезно осложнит эксплуатацию очистных сооружений канализации ЛбСА

Во второй части главы 4 представлены результаты лабораторных исследований седиментационных свойств осадков, водопроводных осадков Волжского и Москворецкого водоисточников на примере СВС и ЗВС, соответственно Экспериментально показано существенное отличие параметров уплотнения гелиевых и глинистых водопроводных осадков (см

Рис 18) гелиевый осадок характеризуется наихудшими седиментационными характеристиками

Установлено, что кинетика стесненного осаждения и уплотнения гелиевых осадков зависит от технологических факторов водоподготовки Осадки, отбираемые с СВС, существенно различались по скорости осаждения и пределом уплотнения (см Рис 19) Выдвинуто обоснованное предположение, что на седиментационные свойства водопроводного осадка оказывают следующие технологические факторы водоподготовки содержание гидроокиси алюминия, доза флокулянта, использованного на стадии коагуляции, источник осадка - отстойники или промывные воды фильтров Обработка образцов осадка СВС анионо- и катионоактивными и полимерными флокулянтами на основе полиакриламида дозами от 1 до 6 кг/т полностью устраняло различия в седиментационных свойствах - имело место быстрая седиментация сфлокулированных частиц и их уплотнение до влажности 96%-97% Конечная влажность уплотненного осадка СВС, с предварительной обработкой флокулянтом, определяется такими технологическими факторами как высота уплотняемого слоя и режим перемешивания для отвода защемленной между флокулами влаги Технологически эффективная доза флокулянта находится в диапазоне от 1 до 3 кг/т по а с в

Кинетика уплотнения глинистых осадков во многом схожа с кинетикой уплотнения избыточного активного ила, но по скорости и по конечной влажности существенно уступает показателям уплотнения типового осадка первичных отстойников (см рис 19) На параметры уплотнения осадка первичных отстойников в наибольшей степени оказывает влияние гелиевый осадок Уплотнение смеси сырого осадка ЛбСА и водопроводного осадка СВС в соотношении 85%—15% по а с в показало существенное (на ~30%) снижение скорости процесса и привело к увеличению влажности уплотненной смеси на 1,5%о (с 95%-96% до 96,3%-97,3%) по сравнению с контролем - типовым сырым осадком ЛбСА (см рис 20)

Все испытанные образцы водопроводного осадка характеризовались низкой биологической активностью, поэтому биофлотации частиц и их агломератов, а также расширения уплотненного слоя осадка от газов брожения, не наблюдалось Этот факт указывает на то, при проектировании гравитационных уплотнителей водопроводного осадка нет временных ограничений пребывания осадка в зоне уплотнения

По результатам проведенных экспериментов сделано заключение, что все водопроводные осадки оказывают негативное влияние на процесс уплотнения сырого осадка в первичных отстойниках очистных сооружений канализации Степень проявления этого негативного воздействия определяется количеством (по а с в ) и качеством принимаемого на обработку водопроводного осадка По влиянию на параметры уплотнения сырого осадка доза гелиевого осадка эквивалентна 2-3 кратной дозе глинистого осадка

Глава 5. Анализ технологического воздействия водопроводных осадков на процессы очистки сточных вод на очистных сооружениях коммунальной канализации Москвы

В главе 5 представлена хронология приема промстоков водопроводных станций на очистные сооружения коммунальной канализации Москвы На основании хронологии технологического взаимодействия систем водоподготовки и канализации осуществлена статистическая обработка данных технологического контроля работы Люберецких и Курьяновских очистных сооружений в условиях приема водопроводных осадков По результатам статического анализа сделаны выводы о фактическом влиянии водопроводных осадков на качество очистки коммунальных сточных вод Поэтапная хронология подключения водопроводных станций к очистным сооружениям канализации г Москвы представлена в

Таблица 2

Хронология приема водопроводных промстоков и технологических мероприятий на очистные сооружения коммунальной канализации МГУП "Мосводоканал"

Период 1970-е

1980-е

1998

1999

СВС/ЛбСА

ЗВС/КСА

20002003

2004

2005

2006

Обработка промстоков на иловых картах. Вывоз подсушенного осадка на с/х поля

-II-

чос

РВС/КСА

РОС Сброс промстоков в Захарковский карьер с 1979 г

Проведения НИР и опытно-промышленных экспериментов по обработке промстоков ЗВС на КСА

Сброс 100% промстоков -//- -//-

ЗВС на КСА без объявления количества

Принятие на НТСМГУП "Мосводоканач "решения об обработки 100% промстоков водопроводных станций на очистных сооружениях коммунальной канализации Решение о необходимости подготовки очистных сооружений к приему водопроводных осадков

Промышленный эксперимент по приему промстоков СВС на ЛбСА в два этапа

1 этап 3 07 -28 08 1999 г прием промстоков I и II блоков СВС - нарушение работы первичных отстойников ЛбСА

2 этап с 15 октября 1999 г Независимой экспертной комиссией установлена необходимость технической подготовки сооружений обработки осадка ЛбСА

к приему промстоков СВС Январь 2000 г начало приема промстока с I и II блоков СВС на ЛбСА на постоянной основе июль 2003 г - прием 100% промстоков СВС 2003 г - вывод об отсутствии технологической возможности принять прометок с ВВС Реконструкция метангенков, применение аэробной стабилизации избыточного активного ила для разгрузки метангенков

Сброс 100% промстоков ЗВС на КСА без производственного контроля за расходом водопроводного осадка

-V/-

2000-2003 гг -оптимизация эксплуатации первичных отстойников КСА в условиях приема водопроводных промстоков Сентябрь 2002 г пуск в эксплуатацию ленточных сгустителей сброженного осадка для прекращения рецикла осадка в голову сооружений в условиях перегрузки осадкообразуюшими загрязнениями. Минимизация рецикла Организация учета расхода водопроводного осадка по а с в с использованием средств автоматизации Результат низкая надежность системы учета и по 1учаемых данных Поиск технических и методических решений по учету сухого вещества водопроводных осадков

Сброс/прием 100% промстоков на уровне 30-40 тонн/сут ас в

Сброс/прием 100% промстоков на уровне 25-40 тонн/сут ас в

Сброс/прием 100%

промстоков на уровне

10 тонн/сут ас в

(Начало проектирования цеха механического обезвоживания осадка на ВВС)

Сброс промстоков в Захарковский карьер Полное заполнение карьера уплотненным водопроводным осадком с выносом части осадка в Рублевскую пойму р Москва

Декабрь 2003 г -начало приема промстока с ЮС (40%-60% от суммарного объемного расхода)

Июнь 2004 г - прием 100% промстока Июль 2004 г — прием водопроводного осадка из Захарковского карьера-накопителя Сброс/прием 100% промстоков (25-35 тонн/сут ас в) и осадка из Захарковского карьера на отчетном уровне ~ 40 тонн/сут -II-

Увеличение подачи

осадка ш карьера до 60-100 тон^сут

Анализ данных производственного контроля подтвердил экспериментальное заключение об отсутствии влияния водопроводного осадка на эффективность механической очистки сточной воды от органических веществ (ХПК/БПК)

Анализ динамики изменения концентрации органических веществ в сточной воде с 1998 г по 2003 г представлен на Рис 23. Характер графиков и линейных трендов указывает на то, что БПК5 взболтанных и отстоянных проб, а также ХПК поступающей на ЛбСА сточной воды год от года возрастает На Рис 24 представлен результат статистической обработки этих данных, согласно которому по сравнению с контрольным годом (1998 г) за 5 лет концентрация ХПК возросла на 9%, БПК5(взболт) на 33%, а БПК5(отст), характеризующем концентрацию растворенных и коллоидных органических веществ, на ~60% Рост концентраций перечисленных показателей устойчив и носит линейный характер, что коррелирует с природой наблюдаемых изменений - снижение водопотребления и рост численности населения в Москве и канализуемом пригороде

Статистически определено, что средняя, технологически реализуемая на ЛбСА, сорбционная емкость осадка СВС находится в интервале значений 160-180 мг Р-Р0437г а с в , для осадков ЗВС и РВС, поступающих на КСА, -90-120 мг Р-Р043'/г а с в В общем случае, 1 весовая ед. А1, поступившая на очистные сооружения канализации Москвы в составе водопроводного осадка, обеспечивает осаждение (сорбцию) от 0,8 до 1,2 весовых ед Р-Р043", при стехиометрическом максимуме осаждения Р-Р043" активными ионами А1(Ш) -1,15 По результатам экспериментов (см гл 3) и на основании статистического анализа сделано заключение о том, что эффективность удаления фосфатов из сточной воды лимитируется нижним пределом 1-2 мг Р-Р043"/л в технологически допустимых дозах удельной нагрузки водопроводного осадка на очистные сооружения канализации Прием на очистные сооружения водопроводного осадка длительного срока хранения

(более 3 лет), не сопровождается аналитически значимым снижением концентрации Р-РО43" в сточной воде

По результатам анализа многолетних данных производственного контроля сооружений обработки осадка КСА и ЛбСА установлено технологически значимое осаждение фосфатов водопроводным осадком из иловой воды при сбраживании смеси активного ила и сырого осадка в метантенках Благодаря длительному контакту (5-7 суток), повышенной температуре (51°-53°С) высоким концентрациям реагирующих веществ -фосфатов и водопроводного осадка - в возвратных потоках сооружений обработки осадка КСА и ЛбСА содержание фосфатов в 3-5 раз ниже их концентрации типичной для очистных сооружений канализации, не принимающих водопроводные осадки на обработку В свою очередь, сброженный осадок (твердая фаза) содержит повышенное содержание общего фосфора - 6% - 7,5% по Р2О5, против типовых значений 4,5% - 5,5% Р205 в а с в Таким образом, связанные в процессах механической и биологической очистки сточной воды фосфаты, не высвобождаются в дальнейших процессах обработки осадка Напротив, фосфаты, высвобождающиеся при минерализации органического вещества в ходе биологической стабилизации осадка, продолжают связываться свободной гидроокисью алюминия водопроводного осадка На основании этого сделано заключение, что весь водопроводный осадок, поступающий на очистные сооружения канализации Москвы, всегда прореагирует с фосфатами, а где это произойдет -в канализационной сети, на сооружениях механической и биологической очистки воды, или в метантенках не имеет технологического значения до широкомасштабного внедрения технологий биологической очистки сточной воды от фосфора

В главе детально рассмотрены воздействие водопроводных осадков на процессы механической очистки сточной воды от взвешенных веществ в первичных отстойниках Установлено отсутствие специфического осаждения или вымывания частиц водопроводного осадка из первичных отстойников В

отличие от справочных данных, определяющих что " 20% добавляемого водопроводного осадка (по сухой массе) переходит в активный ил аэротенков", статистически доказано, что в активный ил водопроводный осадок переходит пропорционально эффективности задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках

В главе 5 определен главный фактор негативного воздействия водопроводных промстоков на сооружения обработки осадка - увеличение объемного расхода сырого осадка и избыточного активного ила На Рис 25 представлена зависимость влажности сырого осадка по блокам первичных отстойников JI6CA от уровня поступления водопроводного осадка СВС, регистрируемого по содержанию алюминия в сыром осадке

На влажность избыточного активного ила, уплотненного в гравитационных радиальных уплотнителях, прием промстоков водопроводных станций в явном виде не оказывает влияние По многолетней динамике изменения влажности уплотненного активного ила можно говорить о наличии более важных технологических факторов, влияющих на этот параметр в длительных временных масштабах, не связанных со случайными событиями

В то же время не исключено, что наблюдаемые через влажность изменения активного ила есть ни что иное, как его структурные изменения вследствие сезонных флуктуаций нагрузки осадка СВС на ЛбСА В частности, если взвешенное вещество, формирующее сырой осадок, не склонно к глубокому уплотнению, то уплотненный активный ил также будет характеризоваться повышенной влажностью

Ухудшение уплотняемости сброженного осадка и его водоотдающих свойств при механическом обезвоживании не имеют выраженного характера, но сезонно имеют место Других негативных воздействий, в том числе алюмотоксичности, не обнаружено Определен характер воздействия гелиевых, энтрофированных и глинистых водопроводных осадков на показатели работы очистных сооружений канализации Москвы Гелиевые осадки (>15% AI в ас в), в частности осадок СВС, оказывают выраженное

негативное воздействие на технико-экономические показатели очистных сооружений канализации На примере ЛбСА, типовые очистные сооружения канализации без подготовительных мероприятий могут принять не более 50% образующегося гелиевого осадка при эквивалентной производительности сооружений водоподготовки Глинистые осадки (<10% А1 в а с в) по своим седиментационным характеристикам (гравитационному уплотнению) занимают промежуточное положение между активным илом и сырым осадком Благодаря удовлетворительным седиментационным свойствам типовые очистные сооружения канализации, на примере КСА, без технической подготовки могут принять порядка 50% глинистого осадка от сооружений водоподготовки эквивалентной производительности (ЗВС или РВС) При реализации определенного в работе комплекса технических мероприятий очистные сооружения канализации (КСА) могут принимать 100% глинистого осадка (ЗВС+РВС) Эвтрофированные осадки по своим технологическим характеристикам ближе к гелиевому осадку, однако, уплотняются несколько лучше По этой причине, в период массового развития и отмирания фитопланктона производительность очистных сооружений в пересчете на а с в водопроводного осадка снижается, если в типовой ситуации осуществляется прием на обработку глинистого осадка (КСА), и напротив возрастает, если осуществляется прием гелиевого осадка (ЛбСА)

Изложенные в работе материалы принципиально отличаются от рекомендации к СНиП 2-04-03-85, согласно которым "6 4 Добавление водопроводного осадка с дозой до 100 мг/л не требует изменений или дополнений в схеме механической и биологической очистки сточных вод для следующих сооружений первичные и вторичные отстойники " Вся экспериментальная и научно-практическая база защищаемой работы доказывает, что основой технологического, соответственно, экономического и экологического благополучия очистных сооружений канализации в условиях приема водопроводных промстоков является обеспечение эффективного задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках, посредством комплексных технических и организационных (регламентных) решений

Значимое влияние на показатели работы очистных сооружений канализации водопроводный осадок способен оказывать при дозах 5-10 мг/л, а при дозе 20-30 мг/л кардинально влияет на все процессы очистки воды и обработки осадка

В главе рассмотрены способы улучшения технико-экономических показателей взаимодействия ЛбСА и СВС посредством организационных (регламентных) и технических решений по подготовке промстоков к сбросу в канализацию на водопроводной станции Главными выводами внедренческой направленности являются.

1) обеспечение регулируемого вывода водопроводного осадка по а с в в канализационную сеть, как на протяжении суток, так и в пределах декады, минимизация поступления водопроводного осадка на очистные сооружения канализации в часы максимального притока

3) применение флокулянта в процессах водоподготовки необратимо улучшает седиментационные свойства образующегося водопроводного осадка, обработка водопроводного промстоков флокулянтом перед выводом в канализацию также снижает негативный эффект его воздействия на процессы механической очистки сточной воды от взвешенных веществ

4) разделение типового процесса механической очистки сточной воды от взвешенных веществ на две стадии - осветление сточной воды в отстойниках и уплотнение осадка повышенной влажности в гравитационных уплотнителях и/или на сгущающем оборудовании

Для выполнения перечисленных требований необходимо строительство при водопроводных станциях уплотнителей с системой дозирования флокулянта и расходно-регулирующих резервуаров, способных аккумулировать уплотненный осадок в течение нескольких (3-5) суток, стабилизировать его влажность (концентрацию) и обеспечить равномерный, управляемый во времени, вывод водопроводного осадка в канализацию

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 При эквивалентной производительности сооружений водоподготовки и очистных сооружений коммунальной канализации водопроводный осадок способен формировать 15%-25% суммарной нагрузки осадкообразующих загрязнений в пересчете на сухое вещество Объемный расход осадков сточных вод - осадка первичных отстойников и избыточного активного ила - на очистных сооружениях коммунальной канализации в этом случае может увеличиваться от 30% до 100%, в зависимости от генезиса водопроводного осадка

2 По природе происхождения - генезису - водопроводные осадки, выделяемые при водоподготовке поверхностных вод с применением коагулянта на основе алюминия, можно подразделить на две главные технологические группы и одну переходную по образованию, а также технологическим особенностям, группу

□ гелиевые осадки - содержание А1(ОН)3 по А1 в а с в более 15%

- образуются в процессах очистки поверхностных высокоцветных вод низкой мутности, характеризуются неудовлетворительной способностью к гравитационному уплотнению в чистом виде и в составе осадка первичных отстойников на очистных сооружениях канализации

□ глинистые осадки - содержание А1(ОН)3 по А1 в а с в до 10%

- образуются в процессах очистки поверхностиых вод низкой цветности средней мутности, характеризуются удовлетворительной способностью к гравитационному уплотнению, оказывают негативное влияние на процесс механической очистки коммунальных сточных вод только при существенных перегрузках, в том числе в результате неравномерного вывода в канализацию

□ эвтрофированные осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в асв 10% -

15%

- образуются в процессах очистки поверхностных вод низкой и средней мутности в периоды эвтрофикации водоисточника, характеризуются

ухудшением способности к гравитационному уплотнению по сравнению с типовыми для данного водоисточника седиментационными свойствами

3 При отсутствии специальных технологических мероприятий по подготовке очистных сооружений канализации к приему водопроводных промстоков, главной проблемой эксплуатации является обеспечение контролируемого прироста активного ила из-за ухудшения эффективности задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках В условиях приема водопроводного осадка на очистные сооружения канализации наиболее уязвимыми технологическими стадиями являются биологическая очистка от аммонийного азота, т е нитрификация, из-за снижения возраста активного ила и биологическая стабилизация осадка сточных вод из-за увеличения дозы загрузки осадка в метантенки или в аэробные стабилизаторы

4 Типовые очистные сооружения канализации, запроектированные и эксплуатируемые по СНиП 2-04-03-85, не обеспечивают значимую очистку коммунальных сточных вод от фосфатов Водопроводный осадок способен осаждать фосфаты из сточной воды и тем самым обеспечить эффективность очистки коммунальных сточных вод по этому показателю на уровне 40% - 60%

5 Сорбция (осаждение в твердую фазу) фосфатов из сточной воды водопроводным осадком является многостадийным процессом, происходящим непосредственно в канализационных сетях при совместной транспортировке сточных вод и водопроводных промстоков, на сооружениях механической и биологической очистки сточной воды и в процессах обработки осадка Поэтому фактические показатели очистки сточной воды от фосфатов зависят не только от генезиса водопроводного осадка и его количества, а также от режима вывода водопроводного осадка в канализационную сеть (равномерность), от пропорции смешения и время контакта (добегания) осадка со сточной водой в сетях, распределением водопроводного осадка между первичными отстойниками и аэротенками, технологией обработки сырых осадков

6 Применение флокулянтов на водопроводных станциях способствует улучшению седиментационных свойств водопроводного осадка и не оказывает

отрицательного влияния на способность водопроводного осадка сорбировать фосфаты из сточной воды Обработка водопроводных промстоков флокулянтом перед сбросом в канализацию может быть успешной альтернативой сгущающему оборудованию, используемому на очистных сооружениях для регулирования объемного расхода избыточного активного ила, а также методом увеличения производительности очистных сооружений канализации по водопроводному осадку

7 Прием водопроводного осадка на очистные сооружения не решает проблему глубокой очистки сточных вод от фосфатов с применением специальных технологических процессов Для обеспечения действующих в РФ нормативов - ПДК водоемов рыбохозяйственного и культурно-бытового назначения - необходимость реагентной или биологической очистки сточной воды от фосфора сохраняется В то же время при технологической оптимизации вывода водопроводных промстоков в канализационную сеть, частичное осаждение фосфатов водопроводным осадком повышает надежность технологий биологического удаления фосфора или снижает расход реагентов при использовании физико-химических методов очистки

8 Основой благополучного взаимодействия систем водоподготовки и канализации являются два технологических фактора 1) равномерный вывод осадков с водопроводной станции в канализацию, 2) своевременное и в нужном количестве удаление сырого осадка из первичных отстойников на очистных сооружениях Оптимизировать качество механической очистки сточной воды от взвешенных /осадкообразующих/ веществ и объемного расхода осадков на очистных сооружениях коммунальной канализации можно посредством разделения процессов осветления сточной воды и уплотнения сырого осадка Интенсивная откачка сырого осадка из первичных отстойников с его последующим аппаратным сгущением является кардинальным методом повышения производительности очистных сооружений канализации по осадкообразующим загрязнениям, в том числе по водопроводному осадку, и эффективным инструментом управления возрастом активного ила и, соответственно, его нитрифицирующей способностью

9 Водопрово цный осадок является ценным и высоколиквидным сырьем для строительной индустрии и для природоохранных объектов Оптимальной формой технологического взаимодействия систем водоподготовки и канализации является внедрение технологий механического обезвоживания водопроводного осадка непосредственно при сооружениях водоподготовки с оптимизацией обезвоживающего оборудования по производительности за счет сброса пика расхода водопроводного осадка в канализацию

10 Технологическое взаимодействие систем коммунального водоснабжения и водоотведения Москвы в приложении к Северной водопроводной станции (СВС) и Люберецким очистным сооружениям (ЛбСА) МГУП "Мосводоканал" с относительно равным технико-экономическим и экологическим эффектом могут развиваться в следующих направлениях

а внедрение на СВС технологического процесса гравитационного осветления промывных вод фильтров с последующим уплотнением всего образующегося водопроводного осадка с обязательной обработкой осадка флокулянтом (на стадиях водоподготовки, осветления промывных вод фильтров и уплотнения), равномерный вывод всего уплотненного осадка в канализационную сеть на ЛбСА,

□ внедрение на СВС комплексной технологии предварительной обработки и механического обезвоживания водопроводного осадка с выводом в канализационную сеть на ЛбСА пиковых, сверх производительности обезвоживающего оборудования, расходов осадка при условии выполнения регламентных требований по равномерности, количеству и необходимости обработки флокулянтом избыточного расхода осадка

11 Прием на ЛбСА промстоков с Восточной водопроводной станции по техническим возможностям очистных сооружений невозможен, а по экологическим аспектам улучшения качества очистки сточной воды от фосфатов, посредством осаждения дополнительным водопроводного осадка, не даст значимого результата

12 До внедрения комплексных технологий обработки водопроводных осадков на (при) водопроводных станциях Москвы, технологическое

взаимодействие систем коммунального водоснабжения и водоотведения целесообразно развивать в следующих направлениях

□ внедрение в практику эксплуатации водопроводных станций технологических регламентов, обеспечивающих равномерный вывод промстоков (по а с в осадка) в канализацию,

□ обработка водопроводного осадка флокулянтом перед выводом в канализацию с целью минимизации отрицательного воздействия на показатели работы первичных отстойников,

□ на очистных сооружениях канализации - частичная или полная замена аппаратного сгущения избыточного активного ила на аппаратное сгущение осадка первичных отстойников

На основании проведенных исследований, производственных испытаний и детального анализа показателей эксплуатации крупных очистных сооружений коммунальной канализации г Москва в условиях приема водопроводных стоков, разработана технологическая схема обработки промстоков водопроводных станций (см схему), рекомендации по технологии обработки (утилизации) промстоков водопроводных станций (Приложение 1), методика учета образования сухого вещества осадка на водопроводных станциях (Приложение 2), Методика количественной оценки поступления водопроводных осадков на очистные сооружения коммунальной канализации (Приложение 3)

Публикации. По материалам диссертационных исследований осуществлены следующие публикации

1 М Г Хамидов, В Е Аджиенко, Технологические решения при обработке промстоков водопроводных станций на канализационных очистных сооружениях («Вода и экология Проблемы и решения. № 1/2006», изд. ЗАО «Водопроект-Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург»)

2 Д А Данилович, Ф А Дайнеко, А В Коверга, В Е Аджиенко, М Г Хамидов, Практический опыт приема и обработки осадков Северной водопроводной станции на Люберецкой станции аэрации Москвы («Проекты развития инфраструктуры города Выпуск 5 Моделирование и анализ объектов городских инженерных систем», Москва 2005, изд Прима-Пресс-М, стр 134-142)

3 М Г Хамидов, Количественная оценка поступления осадков водопроводных станций на канализационные очистные сооружения (I медународная научно-практическая конференция «Наука и технологии шаг в будущее - '2006 Том 5», Белгород, Руснаучкнига, 2006)

4 Г Н.Жмаков, М Г Хамидов, Промышленный опыт совместной обработки водопроводных и канализационных осадков на очистных сооружениях канализации (I медународная научно-практическая конференция «Наука и технологии шаг в будущее -'2006 Том 5», Белгород, Руснаучкнига, 2006)

5 Г Н Жмаков, М Г Хамидов, Оптимизация технологического процесса обработки осадков водопроводных станций на очистных сооружениях коммунальной канализации (I медународная научно-практическая конференция «Наука и технологии шаг в будущее — '2006 Том 5», Белгород. Руснаучкнига, 2006)

6 М Г Хамидов, Практический опыт приема и обработки осадков Северной водопроводной станции на Люберецкой станции аэрации Москвы (семинар-конференция «Правовое и техническое регулирование в области охраны окружающей среды, питьевого водоснабжения и водоотведения, Москва 2005, изд ФГУП «Вими», стр 86-88)

7 М Г Хамидов, Опыт обработки водопроводных осадков на канализационных очистных сооружениях (Водоснабжение и санитарная техника, № 3/2007, изд ООО «ВСТ-Иинжиниринг», Москва)

я к 2 2

к к

¡=г «

I

<о я к

о «

Рис 1 Динамика изменения концентрации алюминия в сухом веществе сырого осадка в результате приема осадка СВС на ЛбСА (с III-й декады июня по август 1999 г и с ноября 1999 г по июнь 2006 г)

я 2

к к и

сЗ

X и я" я

о «

май июл ост янв апр июл ост янв апр июл окг янв алр июл ост янв аир июл ост янв апр июл ост янв алр июл ост янв апр шал 99 99 99 00 00 00 00 01 01 01 01 02 02 02 02 03 03 03 03 04 04 Ы О* 05 05 05 05 06 06 06

Рис 2 Динамика изменения концентрации алюминия в сухом веществе уплотненного активного ила в результате приема осадка СВС на ЛбСА (с 111-й декады июня по август 1999 г и с ноября 1999 г по июнь 2006 г)

т о т

3 о

ж «

X

Ё <Я СО

3,5"/. 3,0% 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,0%

♦ у - 0,01е §'«0,5 / ^<85* + 0 Я2» 0,45 004

с в > о о / оо/

» о Ъ/.у^г

о о л * ° 8 о о о о ♦

©8 е с о фъ О Л> >оп о о

33» о к в в » е

'Л ,111" '0,54

0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0% 4,5% 5,0%

А1 в сыром осадке, % в с в.

Рис 3 Функциональная взаимосвязь между содержанием алюминия в активном иле и в сыром осадке НЛбСА (Объем выборки 284 парных

определения А1)

я о в

2 о и ва

е

к

03 03

6% 5% 4% 3% 2% 1% 0%

• у 1311 0 009

О 4 -У • = 0,68

о < - ° о° о л ^ О л 9&Г • / / Щг ^ • X

о е °о° х • X

о а> °оо Р^ ~ о ■«ь О О

0,89х + 0 К1 = 0,57 008 X

0% 1% 2% 3% 4%

А1 в сьтоом осадке. % в с в

5%

6%

Рис 4 Функциональная взаимосвязь между содержанием алюминия в сыром осадке и в активном иле НКСА при средних и высоких нагрузках водопроводного осадка

О ВСЕГО поступило

□ израсходовано на СВС (по данным СВС) О Выведено с осадком

Офоковое поступление ■ поступило от СВС (по данным ЛбСА) Qпотери с очншенной водой

Рис. 5. Материальный баланс алюминия на сооружениях ЛбСА

хпк

400 J50 300 250 200 150 100 50

о

Исходили вода kn 111 .ni.:, (О r/íl) Опыт JVil: í, 5 г/л Опыт -V?2: 1.0 г/л

Рис. 6. Статистические показатели механической очистки посредством отстаивания (30 мин) коммунальных сточных вод по ХПК и фосфатам при дозах водопроводного осадка СВС 1,5 и 3,0 г/л (по а.с.в.)

Р-РО,3

LJ

и 11

11 Ü ш

И полная В0Д1 Контроль (0 г/л) Опыт Jit; 1,5 г/л Опыт №2: 3,0 г/л

Рис. 7. Статистические показатели механической очистки посредством отстаивания (30 мин) коммунальных сточных вод по ХПК и фосфатам при дозах водопроводного осадка СВС 1,5 и 3,0 г/л (по а.с.в.)

«

К г^

§<5

И Оч & и

и а

в/ У © N((0 = 0,31с Я1 = 0 95

е /

800 3-

Актуальная концентрация Р-РО4' оаствопе (с). мг\л

Рис 8 Зависимость сорбционной емкости водопроводного осадка от актуальной концентрации фосфатов в модельном растворе (24 часа экспозиции) (концентрация осадка СВС 2,2 г/л, исходная концентрация Р-РО/~ переменная величина от 220 до 1100 мг/л)

А Контроль (без флокулянта) о 1 кг/т ■ 2 кг/т • 4 кг/т х 6 кг/т

Рис 9 Зависимость сорбционной емкости водопроводного осадка от актуальной концентрации фосфатов в модельном растворе (24 часа экспозиции) (исходная концентрация Р-РО50 мг/л, концентрация осадка СВС переменная величина от 100 до 500 мг/л на фоне четырех доз флокулянта)

Нагрузка фосфатов на водопроводный осадок, мг Р-РО„37г с в

Рис 10 Зависимость сорбционной емкости водопроводного осадка СВС по Р-Р043" от нагрузки фосфатов в модельной системе при экспозиции 24 часа концентрация осадка СВС 2,2 г/л, исходная концентрация р-ро/- переменная величина от 45 до 227мг/л)

Нагрузка фосфатов на осадок СВС (Ьр), мг Р-Р043"/г

Рис 11 Зависимость сорбционной емкости водопроводного осадка СВС по Р-Р043" от нагрузки фосфатов в модельной системе при экспозиции 24 часа (исходная концентрация р-ро/' 5,0 мг/л, доза осадка СВС переменная величина о

10 до 50 мг/л)

Нагрузка (?<), мгР-РО»5 /г а с в * 100 Л 200 -»-300 -»-400 -»-500

Время, Ч

Рис 12 Динамика реализации сорбционной емкости осадка СВС по фосфатам при различных нагрузках Р-РО43" на а с в осадка (начальная концентрация Р-РО4' 5 мг/л)

Рис 13 Динамика реализации сорбционной емкости осадка СВС по фосфатам при различных нагрузках Р-Р04 на а с в осадка (начальная концентрация Р-РО4- 50 мг/л)

150 -т

Ш

1 КI 1.414 □ 2 Кг/тонн г" 1 К[ [ они

16 КГ/[ пин

о

и -

° а

§ Ч В л * и

о -с к ¿ ы.

\о О а а.

о > и Р-

Нагрузка фосфатов на осадок, мг Р-Р04 "/г а.с.в.

Рис. 14. Сорбционная емкость осадка СВС при различных дозах катионного флокулянта на основе полиакрил амида, (начальная концентрация Р-РО/~ 5 мг/л)

и «

и

и о

14

я ¿а о ~

X А

§б =: й-

•а А

о и

и Я

300

250

ЮО а 200 -а- 300 -» 400 -о- 500

200

150

101)

50

2 3 4 5 6

Доза флокулянта, кг/тонн а.с.в.

Рис. 15, Сорбционная емкость осадка СВС при различных дозах катионного флокулянта на основе поли акр и лам и да. (начальная концентрация Р-РО/' 50 мг

100%

80%

р и

Л

0% ♦

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Расход осадка СВС, тонн/суг по а.с.в.

Рис. 16. Расчетная эффективность очистки сточной воды ЛбСА от фосфатов в зависимости от массы а.с.в. принимаемого на обработку осадка СВС (концентрация 1'-1'0/~ от 2 до 6 мг/л)

80-/. -70% -60% 50% 40% -30% -20% 10% 0% -10% -10% -30% -40% -

□ .ЮСА ст. ИНЛбСА-1 ■ НЛбСА-И

Ж

ю |<т зооо 2оо1 гоог 2001 2004 2005

Рис. 17. Средняя эффективность очистки коммунальных сточных вод от фосфатов на ЛбСА (1999 г. -начало приема водопроводного осадка СВС в рамках промышленного эксперимента; с 2000 г. прием промстоков: с 2003 г. - прием 100% промстоков СВС)

Л СЗ

н ю

" к

3 О

№ Н

* "

СЗ О

5 Н

о б1

99,5% 99,0% 98,5% 98,0% 97,5% 97,0% 96,5% 96,0% 95,5% 95,0%

садок С ВС -• - осадок зве

V-

\ :

--

24 48

Время, ч

Рис 18 Сравнительная кинетика уплотнения гелиевого и глинистого водопроводных осадков на примере осадков СВС и ЗВС

О 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00

7 00 8 00

Время, ч

Рис 19 Кинетика уплотнения образцов осадка СВС, разведенных

дистиллированной водой до концентрации 2,0 г/л (на диаграмме указана влажность образцов осадка до разведения)

98%

сз

ь* О4-

ч *

РЗ

о

о К

л и

н

о

о ю

Я! о

¥ о

ш (1)

Ч К

ее о

« м

(П а

а

и

«>

СГ

К

н

а

я

<

94%

93%

16

Время, ч

Рис 20 Кинетика гравитационного уплотнения типового осадка первичных отстойников ЛбСА не содержащего водопроводный осадок

Рис 21 Кинетика уплотнения осадка первичных отстойников ЛбСА с добавлением водопроводного осадка СВС, % от а с в

Рис 22 Схематичное расположение станций водоподготовки и очистных сооружений г Москвы

* БПК-5<В!(|Олт.) "*- [;НК-5(отст г.) -»ХПК

]

^Д . ■ * X Ш1

у К ^ * { « 11 *

й и . |А ь и 4 • ><

амв мпр ■ II О к I янь аир нюл «кг мни ипр шил (цсг нив апр Н№| II1-1 вин .111 ¡1 кил || кт 1ГГ. п |1 II:. акт

9! % V) <>9 М №) 90 01 [II 01 01 01 02 112 02 03 03 03 (13

Рис. 23. Динамика изменения концентрации органических веществ в сточной воде, поступающей на ЛбСА. Среднегодовые статистики Б (взболтанные и отстоеггные пробы) и ХПК (средние значения по ЛбСА„ и НЛоСА на основании ежедекадного анализа суточных проб)

гас П К-5(нз6олт.) СЭЕ И К-5(шст.) СИ] ХПК

II К-5( в з(5 о л т.) Н К-5(птст.)

356

1998 1999 2000 2001 2002 2003

Рис. 24, Динамика изменения концентрации органических веществ в очищенной воде. Среднегодовые статистики БПК;(взболтанные и отстоенные пробы) и ХПК

Л1 н iLc.iv. сь|»п)Осап

Рис 25 Зависимость влажности сырого осадка по блокам первичных отстойников ЛбСА от уровня поступления водопроводного осадка СВС

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБРАБОТКИ ПРОМСТОКОВ НА ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕЙ НОДОЗАЬОР ИЗ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОДОИСТОЧНИКА

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Состав и физико-химические свойства водопроводных осадков.

1.1.1. Биогеохимия алюминия.

1.2. Естественные методы обработки водопроводных осадков.

1.2.1. Сброс в поверхностные воды.

1.2.2. Сброс в пруды накопители.

1.2.3. Удаление на площадках вымораживания.

1.2.4. Удаление водопроводного осадка в море и подземные горизонты.

1.3. Искусственные методы обработки и удаления водопроводных осадков.

1.3.1. Обработка реагентами.

1.3.2. Обработка флокулянтами.

1.3.3. Замораживание и оттаивание.

1.3.4. Радиационная обработка.

1.3.5. Магнитная обработка, электрокоагуляция.

1.3.6. Обезвоживание на вакуум-фильтрах.

1.3.7. Обезвоживание на фильтр-прессах.

1.3.8. Обезвоживание на центрифугах.

1.4. Применение водопроводного осадка для удаления фосфатов из сточных вод.

1.4.1. Биологические методы.

1.4.2. Биохимические и реагентные методы.

1.4.3. Электрохимические методы доочистки воды от соединений фосфора.

1.5. Химический состав водопроводных осадков. Анализ требований и условий утилизации в соответствии с природоохранным законодательством РФ.

1.5.1. Химический состав водопроводных осадков.

1.5.2. Утилизация водопроводных осадков в производстве строительных материалов.

ГЛАВА 2. КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ГЕНЕЗИС ОСАДКОВ СООРУЖЕНИЙ ВОДОПОДГОТОВКИ МОСКВЫ.

2.1. Структура и производительность систем водоснабжения и водоотведения г. Москва (Справочная информация).

2.1.1. Источники водоснабжения.

2.1.2. Водопроводные станции и водопотребление.

2.2. Реагенты в процессах водоподготовки.

2.2.1. Сульфат алюминия (CA).

2.2.2. Оксихлорид алюминия (ОХА).

2.2.3. Флокулянты.

2.2.4. Расход реагентов на водопроводных станциях Москвы.

2.3. Состав природных вод Волжского и Москворецкого водоисточников.

2.3.1. Общая характеристика технологических показателей качества исходной воды.

2.3.2. Физико-химические показатели состава исходной воды.

2.3.3. Биологические показатели исходной воды.

2.3.4. Корреляции показателей состава исходной воды.

2.3.5. Зависимость расхода коагулянта от состава исходной воды.

2.4. Выводы по составу поверхностных вод водоисточников Москвы.

2.5. Количественные показатели образования водопроводного осадка.

2.5.1. Зарубежная практика прогнозирования образования водопроводного осадка.

2.5.2. Отечественная практика прогнозирования образования водопроводного осадка.

2.5.3. Учет образования водопроводного осадка на водопроводных станциях Москвы.

2.5.4. Анализ роли компонентов природной воды в формировании водопроводного осадка.

2.5.5. Рекомендации по определению образования водопроводного осадка расчетным методом.

Диссертационная работа основана на объектах исследования (природные и сточные воды, осадки, сооружения, оборудование и технологические процессы) и на данных производственного контроля водопроводных станций и очистных сооружений коммунальной канализации г. Москва, входящих в единое Московское государственное унитарное предприятие "Мосводоканал". Сооружения водоподготовки МГУП "Мосводоканал" - Северная водопроводная станция (СВС) и Восточная водопроводная станция (ВВС); Западная водопроводная станция (ЗВС) и Рублевская водопроводная станция (РВС) - запитываются принципиально отличающими, но наиболее типичными для территории РФ, поверхностными природными водами: СВС и ВВС -высокоцветными маломутными водами из Волжского водоисточника; ЗВС и РВС -низкоцветными средней мутности водами из Москворецкого водоисточника. Крупнейшие (96% от суммарной производительности) очистные сооружения коммунальной канализации МГУП "Мосводоканал" - Курьяновская станция аэрации (КСА) и Люберецкая станция аэрации (ЛбСА) - многие годы принимают водопроводные промстоки на обработку. В силу особенностей территориального расположения сооружений водоподготовки и очистных сооружений МГУП "Мосводоканал", а также исторически сложившейся инфраструктуре канализационных сетей, КСА принимает на обработку исключительно и все 100% промстоков ЗВС и РВС. ЛбСА принимает на обработку только промстоки СВС. Строительные работы по приему промстоков с ВВС на ЛбСА были приостановлены по изложенным в диссертации причинам, на ВВС в настоящее время строиться цех механического обезвоживания осадка. Благодаря раздельному поступлению водопроводных осадков от станций Москворецкого и Волжского водоисточников на КСА и ЛбСА, а также благодаря эквивалентности (KCA-f{3BC+PBC}) или сопоставимости (ЛбСА-ьСВС) производительности водопроводных станций и очистных сооружений, появилась возможность в натурных условиях эксплуатации определить экономические, технологические и экологические аспекты обработки водопроводных осадков на очистных сооружения коммунальной канализации в равной степени распространяющиеся на предприятия водопроводно-канализационного хозяйства большинства крупных городов и городских агломераций (мегаполисов).

Водоснабжение крупных городов, как правило, осуществляется из поверхностных водоисточников, к которым относятся реки, водохранилища, другие естественные или искусственные накопители поверхностных и отчасти грунтовых вод. Перед подачей потребителю поверхностные воды подвергаются очистке от взвешенных и коллоидных веществ (частиц), в том числе от микрофлоры, которая всегда присутствует в ней. Главной стадией водоподготовки является обработка воды коагулянтом с целью получения крупных агломератов тех веществ (включений), которые подлежат удалению из воды. Отделение скоагулированных веществ последовательно в отстойниках и на фильтрах дает с одной стороны воду питьевого качества (при условии ее обеззараживания) с другой стороны нерастворимый в воде осадок, несущий в своем составе те вещества, ради удаления которых осуществлялась водоподготовка, и продукты гидролиза коагулянта, которые связали эти вещества в водопроводный осадок.

Наибольшее использование в водоподготовке поверхностных вод в России и за рубежом получили коагулянты на основе минеральных солей алюминия: сульфат алюминия и оксихлорид алюминия. При дозированном введении в воду раствора солей алюминия, его трехвалентные ионы (Al(III)) реагируют с органическими и минеральными веществами, часть ионов полностью гидролизуется с образованием гидроокиси алюминия (А1(ОН)з). Соотношение образования алюмоорганических и алюмоминеральных соединений, в том числе гидроокиси алюминия, зависит от состава природной воды, от режима ввода и смешения коагулянта с водой, от температуры, щелочности и ряда других факторов. Переход растворенных и коллоидных веществ, мелкодисперсных агрегатов (частицы глины, вирусы, бактерии и простейшие) в хорошо оседающий хлопок (флокулы) представляет собой сложный физико-химический процесс. В перечень веществ, которые не образуют с ионами алюминия нерастворимый осадок, входят в основном одновалентные катионы и одно-двухвалентные анионы (к примеру, СГ, SO42', NO3', NO2", Na+, К+, NlV"). Таким образом, осадок водопроводной станции, далее по тексту водопроводный осадок, является полиморфным по физическому составу и многокомпонентным по химическому составу отходом производства питьевой воды, состоящим из веществ (соединений) естественного происхождения и алюминия техногенного происхождения. Поскольку образование водопроводного осадка неотъемлемо связано с жизнеобеспечением населения, "Федеральный классификационный каталог отходов" [1] классифицирует водопроводные осадки следующим образом: "900000 00 00 00 0 - Коммунальные отходы"; "94000000 00 00 0 - Отходы от водоподготовки, обработки сточных вод и использования воды"; "94100000 00 00 0 - Отходы (осадки) при подготовке воды". Более детальной классификации водопроводных осадков в нормативной документации РФ не приводится.

Образование отходов предполагает их обработку с целью безвредной для окружающей среды и здоровья населения ликвидации: посредством утилизации или захоронения. Для того чтобы обосновано выбрать способ ликвидации водопроводного осадка, необходимо иметь адекватное представление о его количественном образовании. Объемный расход промстока на водопроводной станции может варьировать в широком диапазоне - это определяется наличием или отсутствие оборотной системы водоснабжения для промывных вод фильтров, режимом вывода осадка из отстойников и другими технологическими факторами. В общем случае объемный расход промстоков составляет 0,1%-3% от расхода подготовленной воды. Реальное экономическое, технологическое и экологическое значение имеет не объемный расход промстока, а количество /абсолютно/ сухого вещества (сухое вещество или а.с.в.) водопроводного осадка содержащегося в нем. На примере водопроводных станций Москвы можно констатировать, что водопроводный осадок в пересчете на а.с.в. образуется в значимом количестве: 20-35 тонн при подготовке 1 млн. питьевой воды. Водоснабжение одного жителя Москвы при удельном водопотреблении 435 л/чел. (к 2010 г. [2]) сопровождается образованием порядка 4-5 кг а.с.в. водопроводного осадка в год, в масштабах мегаполиса - 50±10тыс. тонн а.с.в. в год. Более точную оценку образования осадка на водопроводных станциях Москвы дает настоящая диссертационная работа (см. Приложение 2). Однако уже в первом приближении можно констатировать, что данный тип коммунального отхода сопоставим с расходом осадка коммунальных сточных вод: 20-25 кг а.с.в./годхчел.

Поэтому удаление осадков с крупных водопроводных станций является непростой технико-экономической задачей. Ранее разрешенный и поэтому широко распространенный на территории СССР способ ликвидации водопроводного осадка - сброс в водоисточник ниже точки водозабора или в котлован-накопитель [3] - при современной экологизации производства и коммунальной деятельности стал неприемлемым. Обработка водопроводного осадка на иловых картах - уплотнение и естественная сушка - требует больших площадей, по крайней мере, в климатических условиях нечерноземной зоны России, что экономически неприемлемо для предприятий ЖКХ и, соответственно, для потребителя хозяйственно-питьевой воды.

На рубеже XX-XXI вв. главными направлениями развития систем обработки водопроводного осадка с целью его дальнейшей утилизации и/или ликвидации является механическое обезвоживание на месте образования, т.е. при водопроводных станциях, или сброс в коммунальную канализацию для дальнейшей обработки совместно со сточной водой и их осадком.

Выбор способа подготовки водопроводного осадка к утилизации (ликвидации) определяется производственными и территориальными условиями на водопроводной станции, техническими возможностями канализационной сети и очистных сооружений коммунальной канализации. Как первый, так и второй способ обработки водопроводного осадка предполагает создание технологической инфраструктуры соответствующей производительности. Основой для технико-экономического обоснования, проектирования, строительства подобной инфраструктуры или модернизации очистных сооружений канализации является количество образующегося водопроводного осадка в пересчете на сухое вещество. К сожалению можно констатировать, что в нормативной документации РФ (СССР), в отечественной и зарубежной научно-технической литературе отсутствует методика (методические указания, рекомендации и т.п.) расчета образования водопроводного осадка по а.с.в., которая адекватно бы отражала фактическое положение. В распоряжении проектировщиков, технологов, экономистов и экологов имеется формула (11) СНиП 2.04.02-84 [4], которая позволяет только оценить массу а.с.в. осадка с ошибкой в 50% и более. Это утверждение подтверждает длительный практический опыт приема на обработку водопроводных осадков на очистные сооружения коммунальной канализации Москвы - на КС А с ЗВС (с 1980-х годов) и РВС (с 2002-2004 г.); на ЛБСА с СВС (с 1998 г.). (Подробная хронология приема водопроводных промстоков на очистные сооружения канализации МГУП "Мосводоканал" представлены в главе 5). По этой причине в основе диссертационной работы (глава 3) лежит анализ количественных показателей образования а.с.в. водопроводного осадка и разработка методов его учета как непосредственно на сооружениях водоподготовки, так и на очистных сооружениях канализации, принимающих водопроводные промстоки на обработку.

Количественный учет, санитарно-экологическая классификация и оценка потенциальных потребительских свойств в совокупности задают и определяют оптимальный метод утилизации/ликвидации отхода. В главе 1 представлен детальный анализ перечисленных аспектов утилизации водопроводных осадков на основании практического опыта МГУП "Мосводоканал" и зарубежной научно-технических публикаций. Систематизированы сведения по химическому составу осадков водопроводных станций Москвы и дана их санитарно-экологическая классификация в соответствии с требованиями нормативной документации РФ. С учетом санитарно-экологической классификации и общего химического состава водопроводных осадков Москвы в главе 1 рассмотрены наиболее перспективные методы их утилизации, к которым в том числе относится обработка на очистных сооружениях канализации. Этот метод обработки водопроводных промстоков занимает центральное место в диссертационной работе по причине его практического использования предприятиями МГУП "Мосводоканал", наличием сложностей технологического характера и методов их решения, предлагаемых и защищаемых автором.

Технико-экономические показатели процессов переработки отходов неотрывно связаны не только с количественными показателями, но и с качественными показателями, в приложении к водопроводным осадкам - с его технологическими характеристиками: седиментация, уплотнение и водоотдающие свойства; биологическая инертность, активность и токсичность; при обработке на очистных сооружениях канализации, химическое и физико-химическое взаимодействие с компонентами сточной воды. От классифицирующего генезиса водопроводных осадков, через описание химического состава и санитарно-экологическую классификацию, автор диссертации в главах 3 и 4 проводит детальный анализ технологических аспектов приема водопроводных промстоков на очистные сооружения канализации с привлечением данных производственного контроля работы сооружений МГУП "Мосводоканал", результатов опытно-промышленных и лабораторных исследований.

В главе 5 обособлено рассматриваются технологические и технико-экономические аспекты обработки водопроводных осадков совместно с типовыми осадками канализационного происхождения: с сырым осадком, избыточным активным илом и их смесью с водопроводным осадком. В связи с тем, что базой научно-технических исследований диссертационной работы являются очистные сооружения коммунальной канализации Москвы - ЛБСА и КСА - главное внимание уделено специфике технологических процессов подготовки осадка к метановому сбраживанию в метантенках, собственно термофильному метановому сбраживанию смеси канализационного и водопроводного осадков, уплотнению и механическому обезвоживанию образующегося сброженного осадка. На основании анализа многолетних данных производственного контроля работы очистных сооружений коммунальной канализации МГУП "Мосводоканал" в условиях приема промстоков с водопроводных станций в главе 5 определены главные направления оптимизации технологического взаимодействия этих двух важнейших систем жизнеобеспечения Москвы. С целью подведения итога в данной главе представлен технико-экономический расчет допустимого уровня приема промстоков водопроводных станций на ЛбСА и КСА с учетом генезиса образующихся водопроводных осадков. Для ЛбСА и СВС обоснован оптимальный режим технологического взаимодействия.

В "Общих выводах " защищаемой диссертации сведены главные положения защищаемой диссертационной работы. При эквивалентной производительности сооружений водоподготовки и очистных сооружений канализации водопроводный осадок способен формировать 15% - 25% от суммарной нагрузки осадкообразующих загрязнений в пересчете на сухое вещество. Объемный расход осадков - осадка первичных отстойников и избыточного активного ила - на очистных сооружениях канализации в этом случае может увеличиваться от 30% до 100%, в зависимости от генезиса водопроводного осадка. Основой благополучного взаимодействия систем водоподготовки и канализации являются следующие два технологических фактора: 1) равномерный вывод осадков с водопроводной станции в канализацию; 2) своевременное и в нужном количестве удаление сырого осадка из первичных отстойников на очистных сооружениях. Оптимизация качества механической очистки сточной воды от взвешенных /осадкообразующих/ веществ и объемного расхода осадков на очистных сооружениях достигается посредством использования сгущающего оборудования. Применение флокулянтов на водопроводных станциях способствует улучшению седиментационных свойств водопроводного осадка. Обработка водопроводных промстоков флокулянтом перед сбросом в канализацию может быть успешной альтернативой сгущающему оборудованию или способом увеличения производительности очистных сооружений канализации по водопроводному осадку.

Завершающим выводом диссертационной работы является положение о том, что водопроводный осадок является ценным, т.е. имеющим значимую товарную стоимость, и высоколиквидным сырьем для строительной индустрии, городского зеленого строительства и для природоохранных технологий. С целью рационального использования природных ресурсов и минимизации образования низколиквидных, т.е. затратных, отходов ЖКХ, к которым относятся осадки очистных сооружений коммунальной канализации, стратегически целесообразно осуществлять обработку водопроводных промстоков и образующихся осадков непосредственного на (при) водопроводных станциях крупной производительности. Для достижения наилучших технико-экономических показателей производственных мощностей цеха (подразделения) по обезвоживанию водопроводного осадка целесообразно предусматривать возможность передачи части промстоков водопроводной станции на очистные сооружения коммунальной канализации на случаи сезонных и межгодовых всплесков расхода осадка по сухому веществу. Сооружения водоподготовки производительностью до 200-300 тыс. м3/сут., могут экономически эффективно и рационально в аспекте природопользования, передавать промстоки на очистные сооружения коммунальной канализации, при условии организационной подготовленности первых осуществлять равномерный вывод промстоков в канализационную сеть и технической подготовленности последних к увеличению объемного расхода осадка первичных отстойников и к росту количества осадка, подлежащего стабилизации, обезвоживанию, вывозке, размещению. Очистные сооружения коммунальной канализации, не имеющие первичные отстойники или с недостаточной их производительностью, технически не приспособлены к приему водопроводного осадка на обработку, при сопоставимой производительности систем водоподготовки и очистки сточных вод.

На основании результатов исследований и анализа производственных данных, в Приложение 1 сведены рекомендации по технической и технологической организации взаимодействия коммунальных систем водоподготовки и канализации в процессах очистки воды и обработки осадков как для существующих, так и для вновь строимых объектов жизнеобеспечения города. Особо внимание уделено необходимости разработки и выполнения специальных технологических регламентов, как на водопроводных станциях, так и на очистных сооружениях канализации. В приложениях 2 и 3 изложены методические рекомендации по учету образования водопроводного осадка на водопроводных станциях и учета его поступления на очистные сооружения коммунальной канализации на основании материального баланса алюминия.

Общие выводы

1. При эквивалентной производительности сооружений водоподготовки и очистных сооружений коммунальной канализации водопроводный осадок способен формировать 15% - 25% суммарной нагрузки осадкообразующих загрязнений в пересчете на сухое вещество. Объемный расход осадков сточных вод - осадка первичных отстойников и избыточного активного ила - на очистных сооружениях коммунальной канализации в этом случае может увеличиваться от 30% до 100%», в зависимости от генезиса водопроводного осадка.

2. По природе происхождения - генезису - водопроводные осадки, выделяемые при водоподготовке поверхностных вод с применением коагулянта на основе алюминия, можно подразделить на две главные технологические группы и одну переходную по образованию, а также технологическим особенностям, группу:

1) гелиевые осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в а.с.в. более 15%:

- образуются в процессах очистки поверхностных высокоцветных вод низкой мутности; характеризуются неудовлетворительной способностью к гравитационному уплотнению в чистом виде и в составе осадка первичных отстойников на очистных сооружениях канализации.

2) глинистые осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в а.с.в. до 10%:

- образуются в процессах очистки поверхностных вод низкой цветности средней мутности; характеризуются удовлетворительной способностью к гравитационному уплотнению; оказывают негативное влияние на процесс механической очистки коммунальных сточных вод только при существенных перегрузках, в том числе в результате неравномерного вывода в канализацию.

3) эвтрофированные осадки - содержание А1(ОН)з по А1 в а.с.в. 10% - 15%:

- образуются в процессах очистки поверхностных вод низкой и средней мутности в периоды эвтрофикации водоисточника, характеризуются ухудшением способности к гравитационному уплотнению по сравнению с типовыми для данного водоисточника седиментационными свойствами.

3. При отсутствии специальных технологических мероприятий по подготовке очистных сооружений канализации к приему водопроводных промстоков, главной проблемой эксплуатации является обеспечение контролируемого прироста активного ила из-за ухудшения эффективности задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках. В условиях приема водопроводного осадка на очистные сооружения канализации наиболее уязвимыми технологическими стадиями являются биологическая очистка от аммонийного азота, т.е. нитрификация, из-за снижения возраста активного ила и биологическая стабилизация осадка сточных вод из-за увеличения дозы загрузки осадка в метантенки или в аэробные стабилизаторы.

4. Типовые очистные сооружения канализации, запроектированные и эксплуатируемые по СНиП 2-04-03-85, не обеспечивают значимую очистку коммунальных сточных вод от фосфатов.

Водопроводный осадок способен осаждать фосфаты из сточной воды и тем самым обеспечить эффективность очистки коммунальных сточных вод по этому показателю на уровне 40% - 60%.

5. Сорбция (осаждение в твердую фазу) фосфатов из сточной воды водопроводным осадком является многостадийным процессом, происходящим непосредственно в канализационных сетях при совместной транспортировке сточных вод и водопроводных промстоков, на сооружениях механической и биологической очистки сточной воды и в процессах обработки осадка. Поэтому фактические показатели очистки сточной воды от фосфатов зависят не только от генезиса водопроводного осадка и его количества, а также от режима вывода водопроводного осадка в канализационную сеть (равномерность), от пропорции смешения и время контакта (добегания) осадка со сточной водой в сетях, распределением водопроводного осадка между первичными отстойниками и аэротенками, технологией обработки сырых осадков.

6. Применение флокулянтов на водопроводных станциях способствует улучшению седиментационных свойств водопроводного осадка и не оказывает отрицательного влияния на способность водопроводного осадка сорбировать фосфаты из сточной воды. Обработка водопроводных промстоков флокулянтом перед сбросом в канализацию может быть успешной альтернативой сгущающему оборудованию, используемому на очистных сооружениях для регулирования объемного расхода избыточного активного ила, а также методом увеличения производительности очистных сооружений канализации по водопроводному осадку.

7. Прием водопроводного осадка на очистные сооружения не решает проблему глубокой очистки сточных вод от фосфатов с применением специальных технологических процессов. Для обеспечения действующих в РФ нормативов - ПДК водоемов рыбохозяйственного и культурно-бытового назначения - необходимость реагентной или биологической очистки сточной воды от фосфора сохраняется. В то же время при технологической оптимизации вывода водопроводных промстоков в канализационную сеть, частичное осаждение фосфатов водопроводным осадком повышает надежность технологий биологического удаления фосфора или снижает расход реагентов при использовании физико-химических методов очистки.

8. Основой благополучного взаимодействия систем водоподготовки и канализации являются два технологических фактора: 1) равномерный вывод осадков с водопроводной станции в канализацию; 2) своевременное и в нужном количестве удаление сырого осадка из первичных отстойников на очистных сооружениях. Оптимизировать качество механической очистки сточной воды от взвешенных /осадкообразующих/ веществ и объемного расхода осадков на очистных сооружениях коммунальной канализации можно посредством разделения процессов осветления сточной воды и уплотнения сырого осадка. Интенсивная откачка сырого осадка из первичных отстойников с его последующим аппаратным сгущением является кардинальным методом повышения производительности очистных сооружений канализации по осадкообразующим загрязнениям, в том числе по водопроводному осадку, и эффективным инструментом управления возрастом активного ила и, соответственно, его нитрифицирующей способностью.

9. Водопроводный осадок является ценным и высоколиквидным сырьем для строительной индустрии и для природоохранных объектов. Оптимальной формой технологического взаимодействия систем водоподготовки и канализации является внедрение технологий механического обезвоживания водопроводного осадка непосредственно при сооружениях водоподготовки с оптимизацией обезвоживающего оборудования по производительности за счет сброса пика расхода водопроводного осадка в канализацию.

10. Технологическое взаимодействие систем коммунального водоснабжения и водоотведения Москвы в приложении к Северной водопроводной станции (СВС) и Люберецким очистным сооружениям (ЛбСА) МГУП "Мосводоканал" с относительно равным технико-экономическим и экологическим эффектом могут развиваться в следующих направлениях:

1) внедрение на СВС технологического процесса гравитационного осветления промывных вод фильтров с последующим уплотнением всего образующегося водопроводного осадка с обязательной обработкой осадка флокулянтом (на стадиях водоподготовки, осветления промывных вод фильтров и уплотнения); равномерный вывод всего уплотненного осадка в канализационную сеть на ЛбСА;

2) внедрение на СВС комплексной технологии предварительной обработки и механического обезвоживания водопроводного осадка с выводом в канализационную сеть на ЛбСА пиковых, сверх производительности обезвоживающего оборудования, расходов осадка при условии выполнения регламентных требований по равномерности, количеству и необходимости обработки флокулянтом избыточного расхода осадка.

11. Прием на ЛбСА промстоков с Восточной водопроводной станции по техническим возможностям очистных сооружений невозможен, а по экологическим аспектам улучшения качества очистки сточной воды от фосфатов, посредством осаждения дополнительным водопроводного осадка, не даст значимого результата.

12. До внедрения комплексных технологий обработки водопроводных осадков на (при) водопроводных станциях Москвы, технологическое взаимодействие систем коммунального водоснабжения и водоотведения целесообразно развивать в следующих направлениях:

1) внедрение в практику эксплуатации водопроводных станций технологических регламентов, обеспечивающих равномерный вывод промстоков (по а.с.в. осадка) в канализацию;

2) обработка водопроводного осадка флокулянтом перед выводом в канализацию с целью минимизации отрицательного воздействия на показатели работы первичных отстойников;

3) на очистных сооружениях канализации - частичная или полная замена аппаратного сгущения избыточного активного ила на аппаратное сгущение осадка первичных отстойников.

1. Федеральный классификационный каталог отходов. Утвержден Приказом МПР России от 02.12.2002 N 786 (в ред. Приказа МПР РФ от 30.07.2003 N 663).

2. Нормы и правила проектирования планировки и застройки г. Москвы. МГСН 1.01-99 Пункт 10.1.2. Утверждены постановлением Правительства г. Москвы. №49 от 25.01.2000 г.3. СНиП 2.04.02-84.

3. СНиП 2.04.02-84 п. 6.65. (11).

4. Мясников И.Н., Потанина В.А., Буков Ю.Б. Совершенствование реагентной очистки на водопроводной станции // Водоснабжение и санитарная техника. 1995, № 5.

5. Мясников И.Н., Потанина В.А., Буков Ю.Б. Новые конструкции сооружений для реагентной очистки природных и сточных вод. Опыт их применения // Второй международный конгресс «ЭКВАТЕК 1996»: Тез. докл. - М., 1996.

6. Мясников И.Н., Потанина В.А., Буков Ю.Б., Бурлаков В.Е. Опыт совершенствования действующих сооружений по очистке поверхностных и подземных вод для питьевого водоснабжения // Четвертый международный конгресс «ЭКВАТЭК-2000»: Тез.докл. М., 2000.

7. Обалдин Д.Н., Свиридов Ю.Р., Ибадумена Ю.Р., Бугельников А.А. Обесцвечивание воды поверхностных водоисточников коагулянтами различной основности // Седьмой международный симпозиум «Чистая вода России 2003»: Тез.докл. - Екатеринбург, 2003.

8. Мясников И.С., Потанина В.А., Жолдакова З.И., Артемова Т.З. Исследование процессов коагуляции и обеззараживания при очистке воды поверхностных источников // Водоснабжение и сантехника, 2003, №9.

9. Н.Н.Жуков. Состояние и перспективы развития сооружений по обработке водопроводных и канализационных осадков в городах России // Водоснабжение и сан.техника.- 2002.- № 12.

10. А.А. Ярошевский. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. М.: Недра, 1990

11. В.И. Вернадский Труды по геохимии. М.: Наука. 1994. стр. 242.

12. Е.А. Романкевич. Геохимия. 1988. № 2.14. http://www.who.int/docstore/water sanitationhealth/wqmonitor/ch09

13. Recovery of phosphorus from sewage treatment sludge and ashes depending on precipitation chemicals. Erik Levlin. Water Resources Engineering, Royal Institute of Technology, S-100 44 Stockholm, Sweden

14. С.В.Яковлев, Б.А.Ганин, А.С.Матросов, Б.М.Кольчугин. Совместная обработка осадков сточных вод и осадков, образующихся на водопроводных станциях. М.: Стройиздат

15. Jonh W. Krasaushas. Review of Sludge Disposal practices. "Journal American Water Works Association", 1969, 61, №5, p. 201-203.

16. Medlar S. Design and construction of the Denver, Massachusetts, water processing plant. "J. Inst. Water Eng. and Sci", 1980,34, № 2, p. 175-179.

17. Wilkinson P.D., Bolas P.M., Adkins M.F. Bewl bring treatment works. "J. Inst. Water Eng. and Sci.", 1981, 35, № l,p. 47-58.

18. Oakley H.R., Staples K.D., Myers S.D. A study of liquid wastes disposal for metropolitan Athes and Piraeus. "Proc. Inst. Civ. Eng.", 1980, 68, May, p. 169- 198.

19. Deep well injection: a viable alternative to ocean outfalls. "Water Well J.", 1980,34, N. 3, p. 56 58.

20. Волик Ю. Классификация осадков водопроводных станций в зависимости от качества водоисточников // Всесоюз.техн.конф. Харьков, 1986.

21. Любарский В.М. Осадки природных вод и методы их обработки. М.: Стройиздат, 1980.

22. Любарский В.М. Механическое обезвоживание осадков поверхностных природных вод // Водоснабжение и сан.техника 1986.- № 3.

23. Душкин С.С. Влияние магнитно-электрической активации раствора коагулянта на структурно-механическую гидратацию гидроксида алюминия// Изв. вузов. Сер.: Стр-во и архитектура. 1986. - № 3. -С. 90-94

24. Феофанов В.А., Жданович Л.П., Луханин Б.С.//Глубокая очистка сточных вод от катионов металлов с использованием метода гальванокоагуляции.// Эффективные методы очистки и кондиционирования сточных вод предприятий цветной металлургии. Алма-Ата, 1987.

25. Ганин Б.А., Ветрилэ Л.А. Радиационная обработка осадков сточных вод: сб. статей М.: Московский рабочий, 1977.-(Тр./УВКХ МГИ - Технология очистки природных и сточных вод).

26. Кпассен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1982.

27. Хабаров О.С. Безреагентная интенсификация очистки сточных вод. М.: Металлургия, 1982.

28. Новосельцева Л.В. Магнитная обработка водопроводных осадков // Химия и технология воды. -1986.-Т. 8. № 1.

29. Новосельцева JI.B. Влияние магнитных полей на интенсификацию процессов сгущения и фильтрования водопроводных осадков // Всесоюз.техн.конф. Харьков, 1985.

30. А.Н. Гавря. Применение метода электрокоагуляции для интенсификации процессов сгущения и фильтрование водопроводных осадков // Химия и технология воды. 1981. - Т. 3. - № 6.

31. Обработка и удаление осадков сточных вод.-М.: Стройиздат, 1985.-Т. 1.

32. Любарский В.М. Отработка гидроокисных осадков поверхностных природных вод в СССР // Всесоюз. техн. конф. Харьков, 1986.

33. Козловская С.В., Сапрыкин В.И. Механическое обезвоживание осадков водопроводных станций // Всесоюз. техн. конф. Харьков, 1986.

34. Дедков Ю.М., Коничев М.А., Кельина С.Ю. Методы доочистки сточных вод от фосфатов // Водоснабжение и сан.техника, 2003, №11.

35. Яковлев С.В., Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод // М.: Стройиздат, 1979.

36. Разумовский Э.С. Глубокая очистка сточных вод // Водоснабжение и сан.техника, 1992, № 6.

37. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах // Л.: Химия, 1979.

38. Toxic and the environment anissue summarizing process desinginformation for removal methods of phosphorus in domestic waster waters // Toxic Substences Journal. 1998.V.8.№ 2-3.

39. Залетова H.A., Башкатова Л.В., Пятачкова E.B., Бриштен Л.К. Удаление биогенных веществ из городских сточных вод // Водоснабжение и сан.техника. 1992, № 3.

40. Тимофеева С.С. Биотехнология обеззараживания сточных вод // Химия и технология воды. 1995, № 5.

41. СанПиН 4630-88. Охрана поверхностных вод от загрязнений сточными водами. М.: Минздрав СССР, 1988.

42. Залетова Н.А. Удаление азота и фосфора для городских станций аэрации // Водоснабжение и сан.техника. 1993, №9.

43. Разумовский Э.С., Залетова Н.А. Удаление биогенных элементов из городских сточных вод // Водоснабжение и сан.техника, 1991, № 6.

44. Залетова Н.А., Шарыгин Ю.М., Зайцев А.В. Биологохимическая очистка городских сточных вод // Водоснабжение и сан. техника, 1986, № 10.

45. Синев О.П. Интенсификация биологической очистки сточных вод. Киев: Техника, 1983.

46. Жуков А.И. Методы очистки производственных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1977.

47. Бабенков В.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977.

48. Запольский А.К., Баран А.Л. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки вод: Свойства. Получение. Применение.-Л.: Химия, 1987.

49. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Высшая школа, 1981.

50. Кульский Л.А., Накорческая В.Ф. Химия воды. Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод. Киев: Высшая школа, 1983.

51. Пилипенко А.Т., Фалендыш Н.Ф., Пархоменко Е.П. Состояние алюминия в водных растворах // Химия и технология воды. 1982. Т. 4. № 2.

52. Лукиных Н.А., Липман Б.Л., Криштул В.П. Методы доочистки сточных вод. М.: Стройиздат, 1978.

53. Лукиных Н.А. Очистка городских сточных вод от биогенных веществ: Обзор информ.Сер. Водоснабжение и канализация. М.: МЖКХ РСФСР. АКФ им. К.Д.Памфилова. Ин-т экономики жилищно-коммунального хоз-ва, 1989.

54. Величанская Л.А., Соломенцева И.М., Герасименко Н.Г. Очистка воды основным сульфатом алюминия // Водоснабжение и сан. техника, 1990, № 8.

55. Запольский А.К. Соломенцева И.М. Интенсификация водоподготовки с помощью гидроксосульфата алюминия // Бум.пром-ть. 1985, № 8.

56. Шутько А.П., Сороченко В.Ф. Куликовский Л.С. Очистка вод основными хлоридами алюминия // Киев: Техника, 1984.

57. Никольский Г.С., Спевакова И.П., Леднева Н.Н. Доочистка сточных вод от фосфатов // Водоснабжение и сан. техника, 1987, № 9.

58. Хаммер М. Технология обработки сточных вод. М.: Стройиздат, 1979.

59. L. Johanson. The use of Lega (light expanded clay agregaters) for the removal of phosphorus from wastewater: Selec. Proc. 5th Int. Conf. Wetland Syst. Water Pollut. Contr. (Viena. 15-19 Sept. 1996)// Water Sci. and Technol. 1997. V. 35. №5.

60. Образцов В. В. Получение алюминиевых коагулянтов из отходов машиностроительных предприятий: Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1984.

61. Кульский J1.A., Строкам П.П., В. А. Слипченко, Е. И. Сайгак Очистка воды электрокоагуляцией // -Киев: Будивельник, 1978.

62. Кульский J1.A., Гребенюк В.Д., Савлук О.С. Электрохимия в процессах очистки воды. Киев: Техника, 1987.

63. Назарян М.М., Ефимов В.Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков // Харьков: Вища школа, 1983.

64. Никулин C.J1., Смирнов Е.М., Зудов В.Г., Жарнов A.M. Гальванохимическая очистка сточных вод производства печатных плат//Технология физико-химической очистки промышленных сточных вод. Аналитический контроль процессов очистки. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1990.

65. Андреев П.П., Рыкова Т.Ф., Соловьева Е.В. Очистка шахтных вод методом гальвано коагуляции // Цветные металлы. 1988. №9.

66. Смирнов Е.М., Никулин C.J1., Жарнох A.M., Кузнецов П.П. Способ очистки сточных и оборотных вод от растворимых фосфатов // Открытия. Изобретения. 1990. № 13.

67. Donnert V., Eberle S.H. Ruckgewinnuung von Phosphat aus Abwassern mittels Aluminiumoixid, «Chem. -Ztg.», 1998, N. 4.

68. Thomas F., Bottero J. V., Cases J. M. Stude de l'adsorptionde molecnles organiques modeles pas Ies alumines de transition. Comparaison oves le charbon actifen grains. «Ind. Miner Techn.», 1995, N, 1, p. 2 6.

69. Bottero J. V., Thomas F., Leprince A. Utilization des alumines achieves comme adsorbant dans une filiere de traitement d'eau potable: revue bibliographique prospective. "Aqua", 1993, N. 2, p. 69 - 73.

70. Sibony J. Perspectives pour l'application de l'alumine activee en traitment d'eau potable. "Techn. Et Sci. Munic.", 1993, 78.

71. Drinking Water Sludge Guidance June 6,2006www.dep.state.fl.us/waste/quick topics/publications/shw/solid waste/6-12-06DWsludgeguidance.pdf

72. С.В.Гетманцев. А.А.Рученин, С.В.Снигирев, Ф.И.Чуриков. Оценка эффективности применения различных типов коагулянтов для очистки волжской воды. //ВСТ, 2004 г. с. 17.

73. Р.И.Сафин, С.В.Базит, С.В.Гетманцев, Ф.И.Чуриков. Расчет экономического эффекта от применения коагулянтов. // ВСТ. с. 21.

74. Описание технических характеристик гранулированного сульфата алюминия фирмы SWT. www.swtsamara.ru/matters 5 l.html

75. Bercillen I. L., Hcu P. H., Fissinger F.// Soil Sei. Soc. Am. I., 1980. V. 44, p. 630-634 (www.ecofond.ru)

76. Алюминия оксихлорид. (ВОДНЫЙ РАСТВОР). ТУ 2152-102-05757618-97.

77. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды, J1. «Химия», 1987; стр. 87.

78. С.В.Гетманцев и др. Особенности механизма коагуляции и строения полиоксихлорида алюминия. // ВСТ, 2003 г.

79. Сычев А.В., Гетманцев С.В. Некоторые вопросы применения полиоксихлорида алюминия " АКВ ААУ РАТ°3 0". // ВСТ, 2004, № 9, с. 17.

80. Справочная информация. Уральский государственный технический университет, (г. Екатеринбург) под ред. проф. В. Г.Березюк. http://www.ecofond.ru

81. МУ 2.1.4.1060-01. Санитарно-эпидемиологический надзор ра использованием синтетических полиэлектролитов d практике питьевого водоснабжения. Минздрав РФ 18 июля 2001 года.86. СНиП 2.04.02-84

82. Новосельцев Г.Е., Новосельцева Р.И., Шустова Н.К. Гетеротрофы и вторичная продукция."Водлозерское водохранилище" Мурманск,1983. http://sovon.chat.ru/vodlozero/vodl3.html

83. J.M. Montgomery, Consulting Engineers, Water Treatment Principles and Design, John Wiley and Sons, 1985 (p 287)

84. Официальный сайт МГУП "Мосводоканал" http://www.mosvodokanal.ru/nasliipublikacii/metodikontrola

85. ЕРА Guidance Manual Turbidity Provisions. Appendix A. List Of Definitions. April 1999

86. Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85 Проектирование сооружений для очистки сточных вод. М.: Стройиздат 1990.

87. С.В.Яковлев, Б.А.Ганин, А.С.Матросов, Б.М.Кольчугин. Совместная обработка осадков сточных вод и осадков, образующихся на водопроводных станциях. М.: Стройиздат, 1990.

88. Goldberg, S., Davis, J. A. & Hem, J. D. 1996 The surface chemistry of aluminium oxides and hydroxides. The Environmental Chemistry of Aluminium. Chapter 7.

89. F. Lauridsen, S. Havelund, M. Birkved. Alternatives to brominated flame retardants. Screening for environmental and health data. COWl A/S. стр. 16. http://www.mst.dk/udgiv/Publications/2000/87-7944-218-8/pdf/87-7944-219-6.pdf

90. В.С.Голубев.// Динамика геохимических процессов. М.: Недра, 1981.

91. Г.И.Николадзе.// Обезжелезивание природных оборотных вод. М.: Стройиздат, 1978.

92. Л.Лукнер, В.М. Шестаков.// Моделирование миграции подземных вод. М.: Недра, 1986.

93. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное назначение. М.: ВНИРО, 1999 г.